CN114583195A - 双官能团改性铂碳催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种双官能团改性铂碳催化剂及其制备方法，双官能团为氮元素掺杂及氨基改性，涉及燃料电池领域。制备方法包括：获得表面具有N元素掺杂及NH2基团改性的碳载体。将改性碳载体均匀分散于还原剂中以形成悬浊液，将悬浊液与铂盐前驱体溶液混合并进行还原反应，以使铂离子还原成铂单质并负载于改性碳载体的表面，随后离心、过滤、干燥，获得第一粉末。利用惰性无机盐重结晶固化封装第一粉末后，在300‑600℃退火1‑3h，获得表面包覆有惰性无机盐层的第二粉末，去除惰性无机盐层。上述制备方法操作可控，可制备获得双官能团改性铂碳催化剂，可有效提升制备得到的铂碳催化剂的活性以及耐久性。
Description
技术领域
本申请涉及燃料电池领域，具体而言，涉及一种双官能团改性铂碳催化剂及其制备方法。
背景技术
质子交换膜燃料电池PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)使用氢气作为清洁能源载体在时代的需求下日益受到社会各界的广泛关注。PEMFC阴极、阳极催化剂作为其核心原材料直接影响到成品电堆的电功率密度、耐久等方面的性能。
商用燃料电池阴极侧催化剂多为负载型Pt/C催化剂，其理论上具有优异的氧还原反应电催化活性，但在实际应用中受限于目前的负载型贵金属催化剂制备方法以及原材料的预处理工艺，包括载体的种类、载体的微孔道结构分布、载体表面官能团及活性位点分布、金属颗粒在载体表面相对位置分布、金属颗粒与载体的结合强度、金属颗粒粒径分布、形貌及晶型等多方面的影响，使得铂碳催化剂的活性以及耐久性不佳，进一步地，将其应用于膜电极组件(MEA，Membrane Electrode Assembly)时，导致膜电极组件在电堆模拟路跑工况等实际使用条件下的性能及寿命仍具有较大的提升空间。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种双官能团改性铂碳催化剂及其制备方法，其能够通过改善铂碳催化剂的活性以及耐久性，使得该铂碳催化剂应用于MEA时，兼顾提高MEA的性能及寿命。
第一方面，本申请实施例提供一种双官能团改性铂碳催化剂的制备方法，制备方法包括以下步骤：
获得表面具有氮元素掺杂及NH2改性的碳载体作为改性碳载体。
将改性碳载体均匀分散于还原剂中以形成悬浊液，将悬浊液与铂盐前驱体溶液混合并进行还原反应，以使铂离子还原成铂单质并负载于改性碳载体的表面，随后将产品离心、过滤、干燥，获得第一粉末。
利用惰性无机盐重结晶固化封装第一粉末后，在300-600℃退火1-3h，获得表面包覆有惰性无机盐层的第二粉末。
去除惰性无机盐层。
本申请提供的制备方法中，利用碳载体表面引入极性基团-NH2，可赋予碳载体亲水性从而提升催化剂应用于膜电极中在测试工况中的水传输效率，同时使得碳载体具备空间位阻效应实现抑制铂颗粒在模拟老化工况中的团聚；另外利用N元素掺杂碳载体，调控碳载体表面电负性，增强碳载体表面的吸附铂离子的能力，后续还原过程中可实现原位锚定铂颗粒，并且基于N元素的锚定作用使得被吸附于碳载体表面的铂颗粒，不仅具有纳米尺度，而且与碳载体之间具有能够优化铂颗粒的表面电子结构的强相互作用，从而提高其电催化活性；利用铂颗粒与碳载体间的强相互作用以及碳载体表面官能团的位阻作用共同配合，有效提升了催化剂的稳定性。退火前采用惰性无机盐重结晶固化封装第一粉末，则不仅能够抑制热处理过程中金属颗粒的熟化、迁移、团聚，实现铂颗粒尺寸均一化且细小化，且能够获得高活性晶面的铂颗粒，以提高双官能团改性铂碳催化剂的活性。
综上，本申请提供的制备方法操作可控，可制得双官能团改性铂碳催化剂，以有效提升制备的铂碳催化剂的活性以及耐久性。
第二方面，本申请实施例提供一种双官能团改性铂碳催化剂，其由上述制备方法制得。
采用本申请的制备方法制得的双官能团改性铂碳催化剂中，铂颗粒粒径分布均匀，晶型可控，多为高活性晶面，用于燃料电池膜电极中可实现较高的电化学性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请提供的双官能团改性铂碳催化剂的制备流程图；
图2示出了实施例1提供的双官能团改性铂碳催化剂的TEM图；
图3示出了对比例1提供的催化剂的TEM图；
图4示出了对比例2提供的催化剂的TEM图；
图5示出了对比例3提供的催化剂的TEM图；
图6示出了对比例4提供的催化剂的TEM图；
图7示出了对比例5提供的催化剂的TEM图；
图8示出了对比例6提供的催化剂的TEM图；
图9示出了对比例7提供的催化剂的TEM图；
图10示出了对比例8提供的催化剂的TEM图；
图11示出了实施例1与对比例1-4提供的催化剂制备的50cm2单片电池在进行催化剂初始性能测试过程的VI性能变化；
图12示出了实施例1与对比例5-6提供的催化剂制备的50cm2单片电池在进行催化剂初始及老化性能测试过程的VI性能变化；
图13示出了实施例1与对比例7提供的催化剂制备的50cm2单片电池在进行催化剂初始及老化性能测试过程的VI性能变化；
图14示出了实施例1提供的催化剂制备的50cm2单片电池在进行催化剂初始性能测试过程的VI性能变化及电功率密度。
具体实施方式
下面将结合实施例对本申请的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本申请，而不应视为限制本申请的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请中，双官能团为氮元素掺杂及氨基改性。
以下针对本申请实施例的双官能团改性铂碳催化剂及其制备方法进行具体说明：
图1为本申请提供的双官能团改性铂碳催化剂的制备流程图。请参阅图1，本申请提供的双官能团改性铂碳催化剂的制备方法包括以下步骤：
S1、获得表面具有氮元素掺杂及NH2改性的碳载体作为改性碳载体。
利用碳载体表面引入极性基团-NH2，可赋予碳载体亲水性以及空间位阻效应抑制铂颗粒在模拟老化工况中的团聚，同时利用N元素掺杂碳载体，以调控碳载体表面电负性，增强碳载体表面的吸附铂离子的能力，后续还原过程中可实现原位锚定铂颗粒，并且基于N元素的锚定作用被吸附于碳载体表面的铂颗粒，不仅具有纳米尺度，而且与碳载体之间具有能够优化铂颗粒的表面电子结构的强相互作用，从而提高其电催化活性；利用铂颗粒与碳载体间的强相互作用以及碳载体表面官能团的位阻作用共同配合，有效提升了催化剂的稳定性。
在一些可选地示例中，获得上述改性碳载体的步骤包括：将碳载体、溶剂以及表面改性剂混合后超声分散10-30min，例如超声分散10min、15min、20min、25min或30min等，随后搅拌至少1h，其中表面改性剂具有氮元素及NH2基团。
上述获得表面具有氮元素掺杂及NH2改性(以下简称为双官能团)的碳载体的步骤中，一方面采用溶剂的引入，便于碳载体和表面改性剂充分接触，另一方面利用超声分散和搅拌，使碳载体和表面改性剂均匀接触，获得氮元素通过与碳元素以共价键的形式嵌于碳载体基体中以及碳载体表面均匀分布有NH2的改性碳载体。
其中，获得表面具有双管能团改性碳载体的步骤中，可选地，溶剂包括去离子水、乙醇、异丙醇中的至少一种，分散效果佳且后续便于去除，不引入杂质。
其中碳载体可选择市面常用的碳载体，例如碳载体包括碳黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯中的一种或多种。可选地，碳载体包括BP2000，XC-72，EC300JD，EC600JD中的至少一种。
可选地，表面改性剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、聚多巴胺和聚苯胺中的至少一种，例如表面改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷，或者表面活性剂为聚多巴胺等。上述材料便于获取且改性效果佳。
可选地，碳载体和表面改性剂的质量比为20-200:1；例如碳载体和表面改性剂的质量为200:1、150:1、130:1、100:1、80:1、50:1、30:1或20:1等。
上述配比合理，碳载体表面改性效果佳，有利于后续进行还原反应时，使铂单质较为均匀的负载于改性碳载体的表面。
S2、将改性碳载体均匀分散于还原剂中以形成悬浊液，将悬浊液与铂盐前驱体溶液混合并进行还原反应以使铂离子还原成铂单质并负载于改性碳载体的表面，随后离心、过滤、干燥，获得第一粉末。
上述设置中，采用先将改性碳载体均匀分散于还原剂中以形成悬浊液，再将悬浊液与铂盐前驱体混合并进行还原反应，相比于三者直接混合的方式，有利于铂单质更为均匀的负载于改性碳载体的表面，且有利于最终铂单质粒径均一化。
需要说明的是，步骤S2中将改性碳载体和还原剂液相混合时，改性碳载体可以直接选择由步骤S1中制备方法搅拌后获得的改性碳载体均匀分散的混合液，有利于在步骤S2中和还原剂液相混合的均匀性。
在一些可选地实施例中，将改性碳载体均匀分散于还原剂中以形成悬浊液的步骤包括：将改性碳载体和还原剂液相混合，在乳化机中在2000-3000RPM，例如2000RPM、2200RPM、2500RPM、2700RPM、2900RPM或3000RPM等条件下剪切分散60-120min，获得悬浊液。
上述利用在乳化机中剪切分散60-120min的设置方式，使得获得的悬浊液中，改性碳载体均匀分散于悬浊液中，且还原剂在各处的浓度相同，有利于与铂盐前驱体混合并进行还原反应时，还原反应均匀进行，有利于铂单质较为均匀的负载于改性碳载体的表面。
还原剂用于将铂离子还原成铂单质，可选地，还原剂包括水合肼、乙二醇、硼氢化钠、甲醛和甲酸中的至少一种，还原反应的温度为60-90℃；例如还原反应的温度为60℃、65℃、68℃、70℃、72℃、75℃、78℃、80℃、83℃、85℃、87℃或90℃等。
由于还原剂包括水合肼、乙二醇、硼氢化钠、甲醛和甲酸中的至少一种，因此若将铂盐前驱体溶液与悬浊液在室温下(低于30℃)混合，此时基本不发生还原反应，因此需要控制还原温度为60-90℃，有利于控制还原反应的进程，若温度过高，则会导致还原反应过快，导致铂单质颗粒粒径过大。
需要说明的是，将悬浊液与铂盐前驱体溶液混合并进行还原反应的步骤可以处于搅拌状态下，将二者共同添加于容器中，也可以采用滴加的方式混合。
为了提高还原反应的充分性，在一些可选地实施例中，将悬浊液与铂盐前驱体溶液混合的步骤包括：升温至还原反应温度，于搅拌条件下，将铂盐前驱体溶液以1-5mL/min，例如1mL/min、2mL/min、3mL/min、4mL/min或5mL/min等的流速滴加至悬浊液中，滴加完毕后继续保温搅拌60-240min，使铂离子被充分还原形成铂颗粒，随后自然冷却。
采用上述设置，不仅有利于使混合过程中铂盐前驱体溶液中的铂离子被充分还原，而且采用上述滴加的方式有利于其均匀负载于载体。
其中，搅拌可采用机械搅拌，也可以为磁力搅拌，搅拌转速例如为100-300RPM，例如在搅拌转速为100RPM、150RPM、200RPM、250RPM或300RPM的条件下，将铂盐前驱体溶液以恒定的滴加速率滴加至悬浊液中，利于铂离子均匀负载于改性碳载体上。
需要说明的是，铂盐前驱体和还原剂的添加量可参考相关技术，例如还原剂和铂盐前驱体的摩尔比为3-20：1等，采用通过上述配比，以使金属离子充分被还原成金属单质，同时可一定程度调节还原速率，降低还原速率过快可能导致的团聚。
S3、利用惰性无机盐重结晶固化封装第一粉末后，在300-600℃退火1-3h，获得表面包覆有惰性无机盐层的第二粉末。
退火前采用惰性无机盐重结晶固化封装第一粉末，则不仅有利于退火时铂颗粒形成特性的形貌及晶型，而且能够抑制铂颗粒团聚，实现铂颗粒尺寸均一化且细小化，晶型可控且多为高活性晶面。
其中，退火温度例如300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、590℃或600℃等，可选地，退火温度为300℃-590℃。
本申请中，惰性无机盐是指其在退火的温度下基本不会被分解，从而才能在退火后获得表面包覆有惰性无机盐层的第二粉末。
可选地，惰性无机盐的热分解温度大于退火的温度；从而避免在退火时惰性无机盐被热分解，无法获得惰性无机盐层或获得的惰性无机盐层分布不均，无法抑制铂颗粒团聚。
需注意的是，由于本申请中采用的方式为惰性无机盐重结晶固化封装，因此可以理解的是，惰性无机盐为可溶性无机盐。
可选地，惰性无机盐包括氯化钠和氯化钾中的至少一种。例如惰性无机盐为氯化钠或氯化钾，也可以为二者的混合物。
可选地，利用惰性无机盐重结晶固化封装第一粉末的步骤包括：将第一粉末反复浸没于过饱和的惰性无机盐溶液中，蒸发结晶，以得到被惰性无机盐充分包覆的第一粉末。
采用过饱和的惰性无机盐溶液进行浸没，有利于节省流程。其中反复浸没的次数例如为2-6次，可根据实际的需求进行选择，在此不做限定。
其中，为了避免引入杂质，过饱和的惰性无机盐溶液的溶剂为水，具体例如为去离子水。
由于不同温度下的惰性无机盐溶液的饱和度不同，因此为了增大惰性无机盐溶液的饱和度，可选地，惰性无机盐溶液的温度为50-80℃，例如惰性无机盐溶液的温度为50℃、60℃、70℃、75℃或80℃等，有利于减少浸没次数，提高生产效率。
S4、去除惰性无机盐层。
可选地，去除惰性无机盐层的步骤包括：去离子水洗涤第二粉末，直至水洗后的第二粉末的滤液的电导率小于10μS/cm。也即是，利用惰性无机盐的可溶性特征，采用简单的水洗即可去除惰性无机盐层及其他杂质。
本申请还提供一种采用上述制备方法制得的双官能团改性铂碳催化剂，该双官能团改性铂碳催化剂中，铂颗粒尺寸一致且均匀分布于碳载体的外表面，催化剂活性高；铂颗粒与碳载体间的强相互作用以及载体表面官能团的位阻作用提升了双官能团改性铂碳催化剂的耐久性能。同时获得的铂颗粒晶型可控且多为高活性晶面，用于燃料电池膜电极中可实现较高的电化学性能。也即是，本申请实际提供一种燃料电池用双官能团改性铂碳催化剂。
可选地，采用上述制备方法制得的双官能团改性铂碳催化剂的电化学活性面积为87-90cm2/g，此时将双官能团改性铂碳催化剂应用于膜电极中时，氢空活化后的膜电极初始电化学性为0.739-0.75V@0.8A/cm2，膜电极初始的电化学活性面积为76-79cm2/g。也即是说，采用上述双官能团改性铂碳催化剂，可实现在不降低膜电极的性能的前提下，减少膜电极上铂碳催化剂的用量，从而有效降低膜电极成本。
具体根据实施例1，可知其电化学活性面积(ECSA)高达90cm2/g。将其应用于膜电极中，氢空活化后的MEA初始电化学性能高达0.74-0.75V@0.8A/cm2，膜电极初始ECSA达到76cm2/g。
以下结合实施例对本申请的双官能团改性铂碳催化剂及其制备方法作进一步的详细描述。
实施例1
S1、称取2g的碳载体XC-72，147g的去离子水，0.1g的3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTS，作为表面改性剂)依次加入到烧杯中，混合后超声分散20min，随后机械搅拌180min得到改性碳载体浆液；
S2、将S1制得的改性碳载体浆液、乙二醇混合后在乳化机2500RPM剪切条件下剪切90min，得到改性碳载体稳定分散的悬浊液。
S3、在磁力搅拌条件下，加热温度控制在90℃，将氯铂酸溶液以1mL/min流速逐滴滴加到S2获得的悬浊液中，继续保温搅拌120min，随后自然冷却降至室温，获得混合料液，离心后过滤，使用去离子水洗涤滤渣，将洗涤后的Pt/C催化剂置于真空干燥箱中烘干，得到第一粉末。
S4、将S3得到的第一粉末反复浸没于温度为加热60℃的过饱和的氯化钠溶液中3次，蒸发结晶得到氯化钠充分包覆的Pt/C催化剂，随后将氯化钠充分包覆的Pt/C催化剂置于400℃条件下退火处理90min,获得表面包覆有惰性无机盐层的第二粉末。
S5、将S4制备得到的第二粉末，使用去离子水洗涤至第二粉末的滤液电导率小于10μS/cm，将洗涤后的Pt/C催化剂置于真空干燥箱中烘干，得到双官能团改性铂碳催化剂。
实施例2-6
实施例2-6与实施例1中的双官能团改性铂碳催化剂制备步骤基本相同，不同之处仅在于表1中的各参数。
表1实施例1-6双官能团改性铂碳催化剂制备过程参数
对比例1-8
对比例1-8催化剂的制备步骤与实施例1中的双官能团改性铂碳催化剂制备步骤基本相同，不同之处仅在于表2中的各参数。
表2实施例1以及对比例1-8催化剂制备过程参数
其中，实施例1以及对比例1-8制备的催化剂的扫描电镜图如图2至图10所示，标尺均为10nm。
图2为实施例1制备的催化剂的扫描电镜图，根据图2可知，实施例1的铂颗粒尺寸均一且均匀分布在碳载体上，铂颗粒粒径分布在3-4nm左右。
图3为对比例1制备的催化剂的扫描电镜图，其中，对比例1中由于是直接将碳载体、去离子水、APTS以及还原剂直接进行混合，未预先采用APTS对碳载体改性，导致碳载体改性不均，从而导致铂颗粒尺寸分布较大，TEM图中可以看到5-10nm的颗粒，同时颗粒在碳载体上的分布不均。
图4为对比例2制备的催化剂的扫描电镜图，对比例2中由于未对碳载体进行改性，因此相比于图3，可以看出其大粒径5-10nm的铂颗粒数量更多，且在碳载体上的分布不均。
根据实施例1、对比例1以及对比例2可知，在步骤S1以及S2中，当碳载体以及表面改性剂在充分分散以及充分反应的条件下，一方面，能有效调控碳载体表面电负性，增强碳载体表面的吸附铂离子的能力，后续还原过程中可实现原为锚定活性铂纳米颗粒；另一方面，基于N元素的锚定作用被吸附于碳载体表面的铂颗粒，不仅具有纳米尺度，而且与碳载体之间具有能够优化铂颗粒的表面电子结构的强相互作用，从而提高其电催化活性。
图5为对比例3制备的催化剂的扫描电镜图，对比例3中由于将改性碳载体浆液、乙二醇直接混合，未进行剪切分散，因此导致改性碳载体、乙二醇未均匀分散，导致其铂颗粒粒径不均且在碳载体上的分布不均。
图6为对比例4制备的催化剂的扫描电镜图，对比例4中还原反应温度过低，可以看出图中微观铂载量明显低于实施例1及其他对比例，同时铂颗粒粒径不均且在碳载体上的分布不均，侧面说明还原过程温度是保证铂离子有效还原的关键因素。
图7为对比例5制备的催化剂的扫描电镜图，对比例5中采用滴加方式时，滴加速率过快，导致还原反应速率过快致铂颗粒团聚，导致铂颗粒粒径不均且在碳载体上的分布不均。
图8为对比例6制备的催化剂的扫描电镜图，对比例6未进行盐封处理，导致其退火时团聚，导致铂颗粒粒径不均且在碳载体上的分布不均，换言之，在退火过程中采用盐封工艺不仅可使铂颗粒形成特定的形貌及晶型，又抑制了纳米颗粒在制备过程中的团聚。
图9为对比例7制备的催化剂的扫描电镜图，对比例7退火温度过低，导致铂颗粒粒径不均且在碳载体上的分布不均。
图10为对比例8制备的催化剂的扫描电镜图，对比例8退火温度过高，导致铂颗粒团聚非常严重，整体颗粒粒径分布于5-10nm左右，且在碳载体上的分布不均。
试验例
膜电极性能测试：
样品制备：取0.5g催化剂粉体，加入含有0.25g离聚物的nafion膜溶液、以及40g乙醇和水的混合溶液(V乙醇：V水＝4:1)，使用高速剪切乳化机在8000rpm下冰水浴分散30min，之后使用超声雾化喷涂机在质子膜阴极侧喷涂量0.40mg/cm2,在阳极侧喷涂量0.02mg/cm2,在经过贴合边框、碳纸、封装得到待测的膜电极样品。
测试方案：将高纯氢气(1.5L/min)分配到阳极中并将空气(2L/min)分配到阴极中，将阳极相对湿度设为20％，阴极湿度设为50％，阳极进堆压力80kpa,阴极进堆压力70kpa，电堆温度75℃。加载至最大电流在氢氧条件下恒电流活化30min，随后阴极切换成空气，待电压平稳，大约15min，测试得到膜电极初始(BOL)VI性能。
将高纯氢气(0.5L/min)分配到阳极中并将空气(0.5L/min)分配到阴极中，将阳极相对湿度设为45％，阴极湿度设为45％，阳极进堆压力50kpa,阴极进堆压力50kpa，电堆温度60℃，测试得到膜电极初始ECSA。
将高纯氢气(0.2L/min)分配到阳极中并将氮气(0.075L/min)分配到阴极中，将阴阳极相对湿度设为100％，阴阳极进堆压力为常压，电堆温度80℃。进行0.6V持续3s，0.95V持续3s的方波循环，进行催化剂老化测试。其中“BOL”是指开始催化剂老化测试前的氢气/空气I/V-极化测量结果，“EOL”是指催化剂老化测试结束后的氢气/空气I/V-极化测量结果。
将上述实施例1、实施例4、对比例1-8得到的催化剂应用于膜电极中。制备得到催化剂以及膜电极性能汇总如表3所示。
表3催化剂以及膜电极性能汇总
膜电极单片电池的电化学性能评估VI结果如图11-14所示。
根据表3以及图11，可以看出实施例1与对比例1-4提供的催化剂制备的膜电极在50cm2单片电池上进行催化剂性能测试时，实施例1的性能优于对比例1-4。
根据表3及图12，可以看出实施例1提供的催化剂制备的膜电极，其电化学活性面积显著高于对比例5-6提供的催化剂制备的膜电极。
根据表3及图13，可以看出实施例1制备的催化剂在性能老化测试前后均有较好的性能表现。碳载体表面引入极性基团-NH2可赋予碳载体亲水性以及空间位阻效应抑制铂颗粒在模拟老化工况中的团聚。在催化剂老化后性能降幅为8mV@0.8A/cm2，电化学活性面积(ECSA)降幅为9％。
根据表3及图14可以得出在本发明开发的催化剂制备条件下，实施例1提供的催化剂在膜电极中可实现较高的电催化活性及电功率密度。
综上，利用本申请提供的制备方法制得的双官能团改性铂碳催化剂，铂颗粒粒径尺寸一致且均匀分布于碳载体外表面，催化剂活性高；铂颗粒与碳载体间的强相互作用以及碳载体表面官能团的位阻作用提升了铂碳催化剂的稳定性能，因此将其应用于燃料电池膜电极中可实现较高的电化学性能及耐久性能。
以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种双官能团改性铂碳催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
获得表面具有N元素掺杂及NH2改性的碳载体作为改性碳载体；
将所述改性碳载体均匀分散于还原剂中以形成悬浊液，将所述悬浊液与铂盐前驱体溶液混合并进行还原反应，以使铂离子还原成铂单质并负载于所述改性碳载体的表面，随后离心、过滤、干燥，获得第一粉末；
利用惰性无机盐重结晶固化封装所述第一粉末后，在300-600℃退火1-3h，获得表面包覆有惰性无机盐层的第二粉末；
去除所述惰性无机盐层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，获得所述改性碳载体的步骤包括：
将碳载体、溶剂以及表面改性剂混合后超声分散10-30min，随后搅拌至少1h，其中所述表面改性剂具有N元素及NH2基团；
所述碳载体和所述表面改性剂的质量比为20-200:1。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述表面改性剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷、聚多巴胺和聚苯胺中的至少一种；
可选地，所述溶剂包括去离子水、乙醇、异丙醇中的至少一种；
可选地，所述碳载体包括BP2000，XC-72，EC300JD，EC600JD中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性无机盐的热分解温度大于所述退火的温度；
可选地，所述惰性无机盐包括氯化钠和氯化钾中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述利用惰性无机盐重结晶固化封装所述第一粉末的步骤包括：
将所述第一粉末反复浸没于过饱和的惰性无机盐溶液中，蒸发结晶，以得到被所述惰性无机盐包覆的所述第一粉末；
可选地，所述惰性无机盐溶液的温度为50-80℃。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于，将所述改性碳载体均匀分散于还原剂中以形成悬浊液的步骤包括：将所述改性碳载体和所述还原剂液相混合，在乳化机中2000-3000RPM条件下剪切分散60-120min，获得所述悬浊液。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂包括水合肼、乙二醇、硼氢化钠、甲醛和甲酸中的至少一种，所述还原反应的温度为60-90℃。
8.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于，将所述悬浊液与铂盐前驱体溶液混合的步骤包括：升温至所述还原反应的温度，于搅拌条件下，将所述铂盐前驱体溶液以1-5mL/min流速滴加至所述悬浊液中，滴加完毕后继续保温搅拌60-240min，随后自然冷却；
可选地，所述铂盐前驱体包括氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾和四氯化铂中的至少一种。
9.根据权利要求1-5任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述去除惰性无机盐层的步骤包括：去离子水洗涤所述第二粉末，直至水洗后的所述第二粉末的滤液的电导率小于10μS/cm。
10.一种双官能团改性铂碳催化剂，其特征在于，其由权利要求1-9任意一项所述的制备方法制得；
可选地，所述双官能团改性铂碳催化剂的电化学活性面积为87-90cm2/g，将所述双官能团改性铂碳催化剂应用于膜电极中时，氢空活化后的所述膜电极初始电化学性为0.739-0.75V@0.8A/cm2，所述膜电极初始的电化学活性面积为76-79cm2/g。
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