CN116169306B - 燃料电池电极、其制备方法以及燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料电池电极、其制备方法以及燃料电池。该燃料电池电极包括：衬底、生长基底层、催化剂层和保护层；生长基底层设置于衬底上；催化剂层设置于生长基底层上，催化剂层的材料包括硼烯，生长基底层的材料包括用于催化硼烯生长的金属，硼烯基于生长基底层生长；保护层层叠设置于催化剂层上，保护层的材料包括含硼化合物。该电极的生产成本远远低于需要采用铂金属颗粒的传统技术，并且能够较好地避免铂金属颗粒存在的容易中毒失效的问题。

Description

燃料电池电极、其制备方法以及燃料电池

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别是涉及一种燃料电池电极、其制备方法以及燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种利用燃料和氧气等化学反应产生电能的设备。燃料电池的工作原理是将燃料和氧气在电极上催化反应并使电子从外电路通过从而产生电能。燃料电池具有高效、环保、低噪音、低排放等优点，是未来能源领域的重要发展方向之一。

在燃料电池实际的工作过程中，燃料从负极侧通入并发生电化学反应。为了促进反应的进行，燃料电池的负极上通常负载有催化剂。目前燃料电池的催化剂以铂金属颗粒为主。但是铂金属颗粒成本过高，并且铂金属颗粒在实际使用过程中很容易受到某些杂质气体（如一氧化碳）的影响从而失效，因此目前燃料电池仍然存在成本过高且稳定性较差等缺点，这限制了燃料电池的大规模商业化应用。

发明内容

有鉴于此，为了在降低燃料电池成本的同时提高其使用稳定性，有必要提供一种燃料电池电极、其制备方法以及燃料电池。

根据本公开的一些实施例，提供了一种燃料电池电极，其包括：衬底、生长基底层、催化剂层和保护层；

所述生长基底层设置于所述衬底上；

所述催化剂层设置于所述生长基底层上，所述催化剂层的材料包括硼烯，所述生长基底层的材料包括用于催化所述硼烯生长的金属，所述硼烯基于所述生长基底层生长；

所述保护层层叠设置于所述催化剂层上，所述保护层的材料包括含硼化合物。

在本公开的一些实施例中，所述硼烯的表面具有多孔结构。

在本公开的一些实施例中，所述生长基底层的材料选自铌、钽、钛、钨、钼、银、铝和锗中的一种或多种，所述生长基底层的材料的晶型为面心立方结构。

在本公开的一些实施例中，所述保护层的材料选自氮化硼。

在本公开的一些实施例中，所述生长基底层和生长于其上的催化剂层组成催化功能层，所述催化功能层设置于所述衬底与所述保护层之间，所述燃料电池电极包括多层依次叠置的所述催化功能层。

在本公开的一些实施例中，所述衬底具有相对设置的两侧表面，所述衬底的两侧表面上均设置有所述生长基底层、所述催化剂层和所述保护层。

进一步地，根据本公开的一些实施例，还提供了一种上述实施例中所述的燃料电池电极的制备方法，其包括如下步骤：

在所述衬底上制备所述生长基底层；

采用磁控溅射法或分子束外延法的方式使硼原子沉积于所述生长基底层上，形成所述硼烯，以作为所述催化剂层；

在所述催化剂层上沉积所述含硼化合物以作为所述保护层。

在本公开的一些实施例中，在形成所述硼烯的步骤中，采用磁控溅射法使硼原子沉积于所述生长基底上以形成所述硼烯，磁控溅射法所用靶材包括硼靶。

在本公开的一些实施例中，在形成所述硼烯的步骤中，控制沉积腔室内的温度为300℃~500℃。

在本公开的一些实施例中，在形成所述硼烯的步骤中，控制沉积腔室内的气压≤1×10^-8Pa。

在本公开的一些实施例中，在形成所述硼烯的步骤中，控制沉积时间为20min~60min。

在本公开的一些实施例中，在所述催化剂层上沉积所述含硼化合物之前还包括：

重复进行一次或多次制备所述生长基底层的步骤，以及重复进行一次或多次制备所述催化剂层的步骤，且其中所述生长基底层和所述催化剂层交替制备。

进一步地，根据本公开的又一些实施例，还提供了一种燃料电池，其包括正极、负极和质子交换膜，所述正极和所述负极分别设置于所述质子交换膜的两侧，所述负极为根据上述任一实施例所述的燃料电池电极。

本公开提供的燃料电池电极中包括生长基底层、催化剂层和保护层。其中，生长基底层包括用于催化硼烯生长的金属，硼烯基于生长基底层生长，保护层设置于催化剂层上并包括含硼化合物，通过生长基底层和保护层固定其中的硼烯，能够形成较为稳定的燃料电池电极结构。

相较于传统的燃料电池电极，本公开所提供的燃料电池电极采用硼烯作为催化组分，能够较为有效地将氢分子催化转化为氢离子。并且，通过将硼烯设置于生长基底层和保护层之间，以固定并保护包括硼烯的催化剂层，保证催化剂层的催化性能和使用寿命。该电极的生产成本远远低于需要采用铂金属颗粒的传统技术，并且能够较好地避免铂金属颗粒存在的容易中毒失效的问题。

附图说明

图1示出了本公开提供的一种燃料电池电极的结构示意图；

图2示出了本公开提供的一种燃料电池电极的制备方法的步骤示意图；

其中，各附图标记及其含义如下：

100、衬底；110、生长基底层；120、催化剂层；130、保护层。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合，本文所使用的“多”包括两个或两个以上的项目。

在本发明中，如果没有相反的说明，组合物中各组分的份数之和可以为100重量份。如果没有特别指出，本发明的百分数(包括重量百分数)的基准都是组合物的总重量，另，本文中的“wt%”表示质量百分数，“at%”表示原子百分数。

在本文中，除非另有说明，各个反应步骤可以按照文中顺序进行，也可以不按文中顺序进行。例如，各个反应步骤之间可以包含其他步骤，而且反应步骤之间也可以适当调换顺序。这是技术人员根据常规知识和经验可以确定的。优选地，本文中的反应方法是顺序进行的。

本公开提供了一种燃料电池电极，其包括：衬底、生长基底层、催化剂层和保护层；其中，生长基底层设置于衬底上；催化剂层设置于生长基底层上，催化剂层的材料包括硼烯，生长基底层的材料包括用于催化硼烯生长的金属，硼烯基于生长基底层生长；保护层设置于催化剂层上，保护层的材料包括含硼化合物。

其中，本文中的硼烯指的是由硼元素组成的具有二维平面结构的二维材料。理论上以及目前实际制备的硼的二维材料的晶格结构可能不止有一种，但均应当属于本文所说的硼烯的范畴。进一步地，在本文中，硼烯也可以选自具有蜂窝状晶格结构的二维材料。

目前的一些实验表明，硼烯也具有将氢分子催化转化为氢离子的作用。另外，氢气分子很容易吸附到硼烯表面，因此硼烯还具有较好的储氢能力。但是，目前一直未能出现将硼烯应用于燃料电池的相关技术，这主要是因为将硼烯以何种方式结合至燃料电池电极中仍然是一个较难解决的问题。一方面，制备出的硼烯通常是结合在基底上的，难以将其分离并转用于燃料电池电极中。另一方面，硼烯自身也存在较高的不稳定性，比较容易被氧化，这也限制了将硼烯结合至器件中的应用。

为了克服上述问题，本公开提供的燃料电池电极将金属的生长基底层和硼烯共同引入燃料电池电极中，硼烯直接于生长基底层上进行制备，以避免难以分离硼烯的问题，并且硼烯和金属的生长基底层均具有较好的导电性能，有利于电子传导至外电路中。在此基础上，再于催化剂层表面引入层叠设置的保护层，含硼化合物能够较为稳定地结合于制备的硼烯表面，而硼烯能够较为稳定地结合于生长基底层上，这种夹层结构能够确保硼烯结构的稳定性以及保护其催化活性。因此，包括上述结构的燃料电池电极能够实现将硼烯有效应用于燃料电池电极中。

相较于传统的燃料电池电极，本公开所提供的燃料电池电极采用硼烯作为催化组分，能够较为有效地将氢分子催化转化为氢离子。并且，通过将硼烯设置于生长基底层和保护层之间，以固定并保护包括硼烯的催化剂层，保证催化剂层的催化性能和使用寿命。该电极的生产成本远远低于需要采用铂金属颗粒的传统技术，并且能够较好地避免铂金属颗粒存在的容易中毒失效的问题。

在本公开的燃料电池中，硼烯可以具有是单层结构或多层硼原子叠置的结构。另外，受限于实际的制备因素，一层催化剂层中的硼烯可能具有一定的晶格畸变或其他缺陷。这些因素与实际的制备条件有关，但仍属于本公开中的硼烯范畴。

在本公开的燃料电池中，硼烯基于生长基底层生长，指的是硼烯在制备过程中是基于生长基底层形成的，这使得硼烯与生长基底层之间具有较为牢固的附着关系。

本公开的图1示出了本公开的燃料电池电极的一种结构示意图。参照图1所示，该燃料电池电极包括：衬底100、生长基底层110、催化剂层120和保护层130；生长基底层110设置于衬底100上；催化剂层120设置于生长基底层110上，催化剂层120的材料包括硼烯，生长基底层110的材料包括用于催化硼烯生长的金属，硼烯基于生长基底层110生长；保护层130层叠设置于催化剂层120上，保护层130的材料包括含硼化合物。

参照图1所示，在该实施例的一些示例中，衬底100具有相对设置的两侧表面，衬底100的两侧表面上均设置有生长基底层110、催化剂层120和保护层130。其中，生长基底层110、催化剂层120和保护层130在远离衬底100的方向上依次层叠设置。可以理解，在实际的制备过程中，衬底100的两侧表面上的结构可以同时制备，以简化制备工序，节约制备时间。

可以理解，通过在衬底100的相对两侧上同时设置生长基底层110、催化剂层120和保护层130，能够在基本不额外增加制备工序的情况下提高衬底100的硼烯的负载量，进而提高该燃料电池电极能够临时存储燃料的量以及催化效率。

参照图1所示，在该实施例的一些示例中，生长基底层110和生长于其上的催化剂层120组成催化功能层，催化功能层设置于衬底100与保护层130之间，燃料电池电极包括多层依次叠置的催化功能层。

可以理解，催化功能层包括一层生长基底层110以及生长于其上的一层催化剂层120，该催化功能层能够保证催化剂层120中硼烯的生长以及稳定附着。但是硼烯在实际制备过程中存在一定的厚度限制或层数限制，这限制了该燃料电池电极中催化剂的负载量。通过设置多层叠置的催化功能层，能够进一步提高硼烯的负载量，进而提高该燃料电池电极能够临时存储燃料的量以及催化效率。

其中，在多层催化功能层中，位于上方的催化功能层对于位于下方的催化功能层具有保护作用，因此，保护层130可以仅层叠设置于位于最外侧的催化功能层上即可。

在本公开中，生长基底层110主要用于作为硼烯生长的基底，生长基底层110也可以称为硼烯生长的催化剂，硼烯的制备对于生长基底层110的材料晶格有一定的要求，但通常来说，已披露或未披露的能够用于生长硼烯的材料均可以作为本公开的生长基底层110，例如银或铝等金属。

在该实施例的一些示例中，催化剂层120中的硼烯的表面具有多孔结构。该多孔结构可以存在于硼烯的层状结构的中间或边缘部分。在实际的制备过程中，多孔结构可以通过控制具体的沉积工艺得到。例如，相对于分子束外延法，采用磁控溅射法制备硼烯时，由于硼原子在生长基底层110上的沉积速率以及生长速率相对较快，便更有利于获得具有孔状结构的硼烯。在燃料电池电极中，通过制备具有孔状结构的硼烯，能够提供更多的气体附着位点，以提高燃料气体的负载量以及催化效率。

在该实施例的一些示例中，生长基底层110的材料可以选自铌、钽、钛、钨、钼、银、铝和锗中的一种或多种。该材料均可用于作为硼烯的生长基底材料，并生长出能够在室温下稳定存在的硼烯材料。进一步地，该生长基底层110的材料的晶型为面心立方结构。面心立方结构的晶体中的（111）晶面与硼烯的结构更为匹配，因而更有利于制备晶格结构较好的硼烯。其中，对于部分金属，面心立方结构并不是其在自然界中最常见的结构，但可以理解地，该结构仍然可以通过已经报道的一些技术制备得到，在此不予赘述。

在该实施例的一些示例中，生长基底层110的材料可以选自钽和钨中的一种或多种。钽和钨与生长的硼烯之间的结合力显著较高，这使得生长的硼烯更难以从钽和钨的表面剥离，确保硼烯在该燃料电池电极中的结构稳定性。

在该实施例的一些示例中，保护层130的材料可以选自氮化硼。氮化硼与硼烯之间能够形成异质结从而具有较强的结合力，并且氮化硼是一种较为稳定的材料，具有较好的保护作用。

在该实施例中，衬底100与生长基底层110的材料可以相同也可以不同。当衬底100与生长基底层110的材料相同时，衬底100与生长基底层110可以是一体化的，此时可以直接采用衬底100的表层材料作为生长基底层110。当衬底100与生长基底层110的材料不同时，生长基底层110的材料可以通过例如沉积等方式制备于衬底100上。

在该实施例的一些示例中，在该燃料电池电极中，衬底100的材料选自金属材料和碳材料中的一种或多种，以提高该燃料电池电极整体的导电性。衬底100的材料也可以选自其他不导电但适宜制备生长基底层110的材料，例如玻璃、石英或硅。

进一步地，本公开还提供了一种上述实施例中的燃料电池电极的制备方法，参照图2所示，该燃料电池电极的制备方法包括步骤S1~步骤S5，具体如下。

步骤S1，提供衬底。

在该实施例的一些示例中，衬底100的材料可以选自金属材料和碳材料中的一种或多种。

在该实施例中，为了便于后续材料的生长，可以选用玻璃、石英或硅片作为衬底100。

在该实施例中，在制备生长基底层110之前，可以通过超声清洗的方式以去除衬底100表面的附着物。在超声清洗的过程中，可以采用乙醇、丙酮或异丙醇作为超声清洗剂，然后采用氮气吹干衬底100表面，以尽可能确保氮气的洁净程度。

步骤S2，在衬底上制备生长基底层。

在该实施例的一些实例中，在衬底100上制备生长基底层110的方式为沉积，例如化学气相沉积或物理气相沉积。在该实施例中，选择物理气相沉积法制备生长基底层110。

在该实施例的一些实例中，在衬底100上制备生长基底层110的方式可以是溅射。例如，在该实施例中可以选用钼金属或钨金属作为生长基底层110，则在实际的制备过程中，可以通过磁控溅射的方式在衬底100上制备一层生长基底层110。并且，可以通过控制溅射条件，以使得制备的钼金属或钨金属具有面心立方结构的晶格，便于后续催化剂层120的制备。

在该实施例的一些实例中，可以控制制备的生长基底层110的厚度为1nm~10nm。例如，控制制备的生长基底层110的厚度为1nm、2nm、4nm、5nm、7nm、10nm。生长基底层110的厚度也可以在上述厚度之间的范围之间。可以理解，通过控制沉积速率以及沉积时间，能够获得所需厚度的薄膜。

在该步骤中，生长基底层110可以同时制备于衬底100的相对的两侧表面上，以便于在后续步骤中提高硼烯的负载量。

步骤S3，基于生长基底层制备硼烯。

在该实施例中，可以采用磁控溅射法或分子束外延法的方式使硼原子沉积于生长基底层110上，得益于生长基底层110的催化作用，硼原子能够在生长基底层110上自发地形成硼烯。

在该实施例的一些示例中，采用磁控溅射法的方式使硼原子沉积于生长基底上，磁控溅射法所用靶材包括硼靶。相较于分子束外延法，磁控溅射法的制备方式具有更高的生产速率以及更低的生产成本。虽然分子束外延法能够制备得到晶格更为完整的硼烯，但由于磁控溅射法溅射出的硼原子具有较高的动能，导致形成的硼烯表面自发地具有一定的形貌缺陷，从而有利于获得具有多孔结构的硼烯，这对于燃料电池电极所需的形貌是较为有利的。

在本公开的一些实施例中，在形成硼烯的步骤中，控制沉积腔室内的温度为300℃~500℃。进一步地，可以控制沉积腔室内的温度为300℃、320℃、350℃、380℃、400℃、450℃或500℃，沉积腔室内的温度也可以控制在上述温度之间的范围。

在该实施例的一些示例中，在形成硼烯的步骤中，控制沉积腔室内的气压≤1×10^-8Pa。

在该实施例的一些示例中，在形成硼烯的步骤中，可以控制沉积时间为20min~60min。进一步地，可以控制沉积时间为20min、22min、25min、30min、40min、50min或60min，沉积腔室内的温度也可以控制在上述温度之间的范围。

在该实施例的一些示例中，在形成硼烯的步骤中，可以控制磁控溅射法的功率为100W~500W。

在该实施例的一些示例中，可以控制硼烯的厚度为0.1nm~5nm。进一步地，在该实施例的一些示例中，可以控制硼烯的厚度为0.1nm~3nm。

在该实施例的一些示例中，制备催化剂层120和制备生长基底层110的方式均为磁控溅射法，进一步地，制备催化剂层120和制备生长基底层110的步骤在同一个腔室中进行。这一方面可以提高催化剂层120和生长基底层110的生长效率，另一方面也能够避免在转移衬底100过程中可能发生的催化剂层120和生长基底层110的污染，提高硼烯的质量。

在该步骤中，由于衬底100的相对两侧均具有生长基底层110，因此催化剂层120可以同时生长于衬底100的相对两侧表面上。

步骤S4，重复进行多次制备生长基底层的步骤以及重复进行多次制备催化剂层的步骤。

在该实施例中，以已经制备的生长基底层110以及基于该生长基底层110生长的催化剂层120整体作为催化功能层。则该步骤的目的在于形成更多的依次叠置的催化功能层。

在该实施例的一些示例中，在重复进行多次制备生长基底层110的步骤以及重复进行多次制备催化剂层120的步骤中，生长基底层110和催化剂层120是交替制备的。例如先制备一层生长基底层110，再基于该生长基底层110生长硼烯以作为催化剂层120；然后，在已经制备的催化剂层120上再制备一层生长基底层110，再基于该生长基底层110硼烯以作为催化剂层120。重复多次之后，即可获得多层依次叠置的催化功能层。

在该实施例的一些示例中，在后制备的生长基底层110可以基于在先制备的催化剂层120进行制备，即在后制备的生长基底层110可以与在先制备的催化剂层120直接接触。可以理解，在先制备的催化剂层120中具有硼烯，该硼烯可以具有引导在后制备的生长基底层110中原子生长的作用，以便于保持生长基底层110的晶格，进而有利于后续的催化剂层120的制备。并且，直接基于催化剂层120制备生长基底层110，还有助于提高相邻的催化功能层之间的附着力，获得结构更为稳定的燃料电池电极。

在该实施例的一些示例中，位于衬底100的其中一侧表面上的催化功能层的层数可以为50层~500层，以保证制备的燃料电池电极具有较为丰富的硼烯。

可以理解，在实际的沉积过程中，由于生长基底层110和催化剂层120均可以同时制备于衬底100的相对的两侧表面，因此衬底100两侧的结构是相似的。

步骤S5，制备保护层。

在该实施例的一些实例中，保护层130的材料包括含硼化合物，含硼化合物与硼烯之间具有较强的结合力。保护层130一方面能够阻挡催化剂层120中的硼烯与外界直接接触，另一方面也能够固定位于表层的催化剂层120，防止其逐渐剥离。

在该实施例中，保护层130的材料为氮化硼。其中，氮化硼可以通过沉积的方式制备于最外侧的催化剂层120上，以使得最外侧的催化剂层120中的硼烯与保护层130形成范德华异质结。

在该实施例的一些示例中，制备保护层130的方式也可以是磁控溅射。制备催化剂层120和制备保护层130的步骤在同一个腔室中进行。

在该实施例的一些示例中，可以控制保护层130的厚度为5nm~50nm。

可以理解，通过步骤S1~步骤S5，即能够制备得到如本公开所提供的燃料电池电极。在该制备过程中，将生长基底层和硼烯共同引入燃料电池电极中，硼烯直接于生长基底层上进行制备，能够避免硼烯难以单独分离的问题。在此基础上，再于催化剂层表面制备层叠设置的保护层。通过依次制备生长基底层、催化剂层和保护层，能够将硼烯较为稳定地固定于衬底上并对其进行保护，进而实现了以硼烯作为催化剂的燃料电池电极。

相较于传统的燃料电池电极，本公开所提供的燃料电池电极采用硼烯作为催化组分，能够较为有效地将氢分子催化转化为氢离子。并且，通过将硼烯设置于生长基底层和保护层之间，以固定并保护包括硼烯的催化剂层，保证催化剂层的催化性能和使用寿命。该电极的生产成本远远低于需要采用铂金属颗粒的传统技术，并且能够较好地避免铂金属颗粒存在的容易中毒失效的问题。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种燃料电池电极，其特征在于，包括：衬底、生长基底层、催化剂层和保护层；

所述生长基底层设置于所述衬底上；

所述催化剂层设置于所述生长基底层上，所述催化剂层的材料包括硼烯，所述生长基底层的材料包括用于催化所述硼烯生长的金属，所述硼烯基于所述生长基底层生长；

所述保护层层叠设置于所述催化剂层上，所述保护层的材料包括含硼化合物。

2.根据权利要求1所述的燃料电池电极，其特征在于，所述硼烯的表面具有多孔结构。

3.根据权利要求1所述的燃料电池电极，其特征在于，所述生长基底层的材料选自铌、钽、钛、钨、钼、银、铝和锗中的一种或多种，所述生长基底层的材料的晶型为面心立方结构；和/或，

所述保护层的材料选自氮化硼。

4.根据权利要求1~3任一项所述的燃料电池电极，其特征在于，所述生长基底层和生长于其上的催化剂层组成催化功能层，所述催化功能层设置于所述衬底与所述保护层之间，所述燃料电池电极包括多层依次叠置的所述催化功能层。

5.根据权利要求1~3任一项所述的燃料电池电极，其特征在于，所述衬底具有相对设置的两侧表面，所述衬底的两侧表面上均设置有所述生长基底层、所述催化剂层和所述保护层。

6.一种根据权利要求1~5任一项所述的燃料电池电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

在所述衬底上制备所述生长基底层；

采用磁控溅射法或分子束外延法的方式使硼原子沉积于所述生长基底层上，形成所述硼烯，以作为所述催化剂层；

在所述催化剂层上沉积所述含硼化合物以作为所述保护层。

7.根据权利要求6所述的燃料电池电极的制备方法，其特征在于，在形成所述硼烯的步骤中，采用磁控溅射法使硼原子沉积于所述生长基底层上以形成所述硼烯，磁控溅射法所用靶材包括硼靶。

8.根据权利要求7所述的燃料电池电极的制备方法，其特征在于，在形成所述硼烯的步骤中，控制沉积腔室内的温度为300℃~500℃；和/或，

在形成所述硼烯的步骤中，控制沉积腔室内的气压≤1×10^-8Pa；和/或，

在形成所述硼烯的步骤中，控制沉积时间为20min~60min。

9.根据权利要求6~8任一项所述的燃料电池电极的制备方法，其特征在于，在所述催化剂层上沉积所述含硼化合物之前还包括：

重复进行一次或多次制备所述生长基底层的步骤，以及重复进行一次或多次制备所述催化剂层的步骤，且其中所述生长基底层和所述催化剂层交替制备。

10.一种燃料电池，其特征在于，包括正极、负极和质子交换膜，所述正极和所述负极分别设置于所述质子交换膜的两侧，所述负极为根据权利要求1~5任一项所述的燃料电池电极。