一种氢燃料电池铂碳催化剂及其制备方法

摘要

本发明公开了一种氢燃料电池铂碳催化剂制备方法。包括：去除碳载体有机杂质，碳载体预处理，碳载体表面修饰，铂的负载；本发明制备方法引入PVP作为碳载体改性助剂，并采用多巴胺作为一种层层自组装诱导剂制备铂碳催化剂；在制备中精确控制PVP浓度和硝酸溶液浓度，选择合适焙烧的温度和顺序，控制铂负载时的pH范围，制备了具有更好电化学性能的氢燃料电池铂碳催化剂；检测证明：本发明制备方法能够提高贵金属颗粒分散度、有效缓解了铂金属纳米颗粒的烧结长大，制备的催化剂电化学性能有明显提高。

权利要求

1.一种氢燃料电池铂碳催化剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1、去除碳载体有机杂质：

将碳载体和有机溶剂经混合搅拌、过滤、漂洗、干燥、破碎去除有机杂质；

S2、碳载体预处理：

将步骤S1制备的碳载体与氧化性酸溶液混合搅拌、经过滤、漂洗至中性、干燥待用；

S3、碳载体表面修饰：

S31、将PVP的无水乙醇溶液与步骤S2预处理后的碳载体搅拌超声分散30分钟，然后再于60～80℃下回流5小时；其中PVP溶液中PVP的质量百分比为0.1～5％，碳载体与PVP溶液的质量比为1:100；

S32、将步骤S31中所得悬浊液过滤，80℃真空干燥12小时得到碳表面PVP修饰的载体；

S4、铂的负载：

S41、将铂盐与去离子水混合均匀，并用0.05M盐酸溶液将铂盐溶液pH调节至3～3.5，然后按每40mL配制的铂盐溶液中加入4～20mg多巴胺搅拌混合30分钟，而后加入120mg PVP修饰后的碳载体，机械搅拌5小时，80℃真空旋转蒸干将水分去除后研磨破碎成粉；其中铂的浓度为5mg/mL；

S42、将步骤S41所得产物放入管式炉，在H2/N2混合气氛下先于250℃下热处理1小时，然后再于500℃焙烧1小时进一步碳化，得到Pt/C催化剂。

2.根据权利要求1所述的氢燃料电池铂碳催化剂制备方法，其特征在于所述步骤S1是：S11、将碳载体和有机溶剂混合，在室温下机械搅拌1～5小时，其中，碳载体与使用的有机溶剂的质量比例为1:40～100；

S12、过滤、漂洗：将步骤S11得到的混合物进行过滤，将液体抽干后用无水乙醇进行不低于3次漂洗；

S13、干燥：将步骤S12中所得滤饼在60～100℃下鼓风干燥12小时；

S14、破碎：将步骤S13干燥好的滤饼放入粉碎机进行破碎成粉。

3.根据权利要求2所述的氢燃料电池铂碳催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤S1中有机溶剂包括：苯、甲苯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、丙酮、四氯化碳、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺中的一种或者多种任意比例的混合物。

4.根据权利要求2所述的氢燃料电池铂碳催化剂制备方法，其特征在于：所述碳载体是XC‑72、XC‑72R、Ketjen black系列、Black Pearls 2000、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或两种以上混合物。

5.根据权利要求1所述的氢燃料电池铂碳催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤S2是：

S21、酸洗：将去除有机杂质后的碳载体与硝酸溶液混合，室温～120℃条件下机械搅拌

1～24小时；其中，碳载体与硝酸溶液质量比例为1:20～100；硝酸溶液浓度为0.5～10M；

S22、过滤、漂洗：将步骤S21中的混合物过滤，将液体抽干后用去离子水漂洗至滤液呈中性，然后80℃真空干燥12小时。

6.根据权利要求1所述的氢燃料电池铂碳催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤S41中的铂盐为硝酸铂。

7.根据权利要求1所述的氢燃料电池铂碳催化剂制备方法，其特征在于：所述步骤S42中H2/N2混合气氛中H2体积占比为10％。

8.一种氢燃料电池铂碳催化剂，其特征在于：所述催化剂是权利要求1至7任一项所述的氢燃料电池铂碳催化剂制备方法制备的催化剂。

说明书

一种氢燃料电池铂碳催化剂及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于电催化剂设计制备技术领域，尤其属于一种用于质子交换膜燃料电池的高效低贵重金属膜电极中高性能电催化剂制备方法，涉及新能源材料与在燃料电池汽车
的应用领域，具体涉及一种氢燃料电池铂碳催化剂及其制备方法。

背景技术

[0002] 氢燃料电池作为一种绿色无污染的终极能源供应系统备受关注，在车用燃料电池领域具有巨大应用前景。由于阴极氧还原反应迟缓的反应动力学过程导致了较高的氧还原
过电位。因此，开发合适的氧还原催化剂对于推动氢燃料电池的应用具有重大意义。目前氢
燃料电池用催化剂多为铂碳催化剂，铂碳催化剂的制备方法主要有：多元醇还原法、有机溶
剂热法、浸渍还原法、微乳液法、胶体法等。其中多元醇还原法、有机溶剂热法、微乳液法、胶
体法等由于其较高的制作成本、复杂的工艺控制、涉及有机试剂使用等弊端使得我们迫切
需要一种低能高效且工艺简单的催化剂制备方法。其中浸渍还原法操作简便、普适性强，但
是采用传统浸渍法制备铂碳催化剂需要在还原性气体下进行高温焙烧，容易导致活性组分
颗粒烧结变大，分散性变差，最终导致活性偏低。如何克服上述缺点，开发一种粒径可控、分
散性好、电化学性能优异的铂碳催化剂及其制备方法是该技术领域急需解决的技术难题。

[0003] 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是一种非离子型高分子化合物，溶于水和乙醇。PVP中存在的内酰胺基团与羟基、氨基、羧基之间有很强的结合力。此外，PVP独特分子结构使其具有表
面活性，其对固体表面的吸附作用及亲水性能所形成的空间位阻能力，使固体离子具有优
良的分散稳定性。较低的热分解温度可以促使PVP能够有效地转变为氮掺杂碳。

发明内容

[0004] 本发明根据现有技术的不足公开了一种氢燃料电池铂碳催化剂及其制备方法。本发明的目的是对传统制备催化剂的浸渍法进行研究，提出利用PVP的特性，改善贵金属颗粒
在碳载体上的负载和分布，实现制备更高催化活性的方法。

[0005] 本发明通过以下技术方案实现：

[0006] 氢燃料电池铂碳催化剂制备方法，其特征在于包括以下步骤：

[0007] S1、去除碳载体有机杂质：

[0008] 将碳载体和有机溶剂经混合搅拌、过滤、漂洗、干燥、破碎去除有机杂质

[0009] S2、碳载体预处理：

[0010] 将步骤S1制备的碳载体与氧化性酸溶液混合搅拌、经过滤、漂洗至中性、干燥待用；

[0011] S3、碳载体表面修饰：

[0012] S31、将PVP的无水乙醇溶液与步骤S2预处理后的碳载体搅拌超声分散30分钟，然后再于60～80℃下回流5小时；其中PVP溶液中PVP的质量百分比为0.1～5％，碳载体与PVP
溶液的质量比为1:100；

[0013] S32、将步骤S31中所得悬浊液过滤，80℃真空干燥12小时得到碳表面PVP修饰的载体；

[0014] S4、铂的负载：

[0015] S41、将铂盐与去离子水混合均匀，并用0.05M盐酸溶液将铂盐溶液pH调节至3～3.5，然后按每40mL配制的铂盐溶液中加入4～20mg多巴胺搅拌混合30分钟，而后加入120mg 
PVP修饰后的碳载体，机械搅拌5小时，80℃真空旋转蒸干将水分去除后研磨破碎成粉；其中
铂的浓度为5mg/mL；

[0016] S42、将步骤S41所得产物放入管式炉，在H2/N2混合气氛下先于250℃下热处理1小时，然后再于500℃焙烧1小时进一步碳化，得到Pt/C催化剂。

[0017] 本发明所述步骤S1进一步包括：

[0018] S11、将碳载体和有机溶剂混合，在室温下机械搅拌1～5小时，其中，碳载体与使用的有机溶剂的质量比例为1:40～100；

[0019] S12、过滤、漂洗：将步骤S11得到的混合物进行过滤，将液体抽干后用无水乙醇进行不低于3次漂洗；

[0020] S13、干燥：将步骤S12中所得滤饼在60～100℃下鼓风干燥12小时；

[0021] S14、破碎：将步骤S13干燥好的滤饼放入粉碎机进行破碎成粉。

[0022] 所述步骤S1中有机溶剂包括：苯、甲苯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、丙酮、四氯化碳、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺中的一种或者多种任意比例的混合物。

[0023] 所述碳载体是XC‑72、XC‑72R、Ketjen black系列、Black Pearls 2000、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或两种以上混合物。

[0024] 本发明所述步骤S2进一步包括：

[0025] S21、酸洗：将去除有机杂质后的碳载体与硝酸溶液混合，室温～120℃条件下机械搅拌1～24小时；其中，碳载体与硝酸溶液质量比例为1:20～100；硝酸溶液浓度为0.5～
10M。

[0026] S22、过滤、漂洗：将步骤S21中的混合物过滤，将液体抽干后用去离子水漂洗至滤液呈中性，然后80℃真空干燥12小时。

[0027] 本发明所述步骤S41中的铂盐为硝酸铂。

[0028] 本发明所述步骤S42中H2/N2混合气氛中H2体积占比为10％。

[0029] 研究发现在本发明制备方法中：

[0030] (1)PVP对固体表面的吸附作用及亲水性能所形成的空间位阻能力，可以在碳载体表面均匀成膜，辅助碳载体的分散；其次PVP对阳离子有很好的吸附作用，对碳载体表面进
行修饰可以为铂阳离子提供更多的吸附位点，促进铂离子的吸附及分散。

[0031] (2)在250℃下进行热处理时，铂离子会被还原成铂金属纳米颗粒，PVP会被部分热解形成非晶碳，热解形成的非晶碳会充当物理屏障限制铂金属纳米颗粒受热发生迁移，有
效防止了铂金属纳米颗粒的团聚长大。

[0032] (3)PVP本身含有氮元素，热解后会在原有的碳载体表面形成一层碳氮层(CNx)，CNx的存在不仅会在一定程度上增强碳载体导电性也会有效促进催化剂活性。

[0033] 本发明采用PVP分子量为10000‑50000。

[0034] (4)多巴胺带有两个酚羟基(‑OH)，通过氢键的作用可以诱导沉积在碳载体表面的PVP发生层层自组装行为，可以使得结构规整且表面光滑的PVP薄膜。此外，pH需在3‑3.5之
间，确保多巴胺几乎不发生自身聚合。

[0035] (5)由于PVP发生了层层自组装，PVP就可以将更多的铂盐包裹在层与层之间，而不是单纯的吸附在碳载体上的PVP表面。

[0036] 本发明有益性：本发明制备方法引入PVP作为碳载体改性助剂，并采用多巴胺作为一种层层自组装诱导剂制备铂碳催化剂；在制备中精确控制PVP浓度和硝酸溶液浓度，选择
合适焙烧的温度和顺序，控制铂负载时的pH范围，制备了具有更好电化学性能的氢燃料电
池铂碳催化剂。检测证明：本发明制备方法能够提高贵金属颗粒分散度、有效缓解了铂金属
纳米颗粒的烧结长大，制备的催化剂电化学性能有明显提高。

附图说明

[0037] 图1是实施例1制备催化剂透射电镜图；

[0038] 图2是实施例2制备催化剂透射电镜图；

[0039] 图3是实施例3制备催化剂透射电镜图；

[0040] 图4是实施例4制备催化剂透射电镜图；

[0041] 图5是各实施例制备催化剂的电化学性能对比图一；

[0042] 图6是各实施例制备催化剂的电化学性能对比图二；

[0043] 图7是本发明制备催化剂中PVP与Pt2+相互作用关系位点推导。

[0044] 图中，ECSA:电化学活性面积，单位m2/g；MA：质量活性，单位mA/mg；J：电流密度，单2
位mA/cm；Potential：电位，单位V；RHE：可逆氢电极。

具体实施方式

[0045] 下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的
范围。

[0046] 本发明一种氢燃料电池铂碳催化剂及其制备方法包括：

[0047] 1、去除有机杂质

[0048] (1)洗涤：将碳载体和有机溶剂混合，室温下机械搅拌1～5小时；

[0049] 其中碳载体与使用的有机溶剂的质量比例为1:40～1:100；

[0050] 有机溶剂包括苯、甲苯、戊烷、己烷、辛烷、环己烷、丙酮、四氯化碳、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲基甲酰胺等中的一种或者多种任意比例的混合物。

[0051] 碳载体包括XC‑72、XC‑72R、Ketjen black系列、Black Pearls 2000、乙炔黑、石墨烯、碳纳米管中的一种或两种以上混合物。

[0052] (2)过滤/漂洗：将步骤(1)中的混合物进行过滤，将液体抽干后用无水乙醇进行多次漂洗。

[0053] 其中漂洗次数不低于3次。

[0054] (3)干燥：将步骤(2)中所得滤饼在60‑100℃下鼓风干燥12小时。

[0055] (4)破碎：将步骤(3)中干燥好的滤饼放入粉碎机进行破碎成粉。

[0056] 2、碳载体预处理

[0057] (1)酸洗：将去除有机杂质后的碳载体与氧化性酸溶液混合，室温～120℃条件下机械搅拌1～24小时；

[0058] 其中碳载体与使用的氧化性酸溶液质量比例为1:20～1:100；

[0059] 氧化性酸溶液为浓度在0.5M‑10M的硝酸溶液。

[0060] (2)过滤/漂洗：将步骤(1)中的混合物进行过滤，将液体抽干后用去离子水漂洗至滤液呈中性即可，然后60‑80℃真空干燥12小时。

[0061] 3、碳载体表面修饰

[0062] (1)将PVP的无水乙醇溶液与预处理后的碳载体搅拌超声分散30分钟，然后再于60‑80℃下回流5小时。其中PVP溶液中PVP的质量占比为0.1％‑5％。碳载体与PVP溶液的质
量比为1:100。

[0063] (2)将步骤(1)中所得悬浊液过滤，然后80℃真空干燥12小时即可得到碳表面被PVP修饰的载体。

[0064] 4、铂的负载

[0065] (1)将铂盐与去离子水搅拌混合均匀，并用0.05M盐酸溶液将铂盐溶液pH调节至3‑3.5之间，然后加入多巴胺搅拌混合30分钟，而后加入PVP修饰后的碳载体机械搅拌5小时，
然后80℃真空旋转蒸干将水分去除后研磨破碎成粉。其中铂的浓度为5mg/mL，体积为40mL，
铂盐为硝酸铂。PVP修饰后的碳载体为120mg,多巴胺质量为4‑20mg。

[0066] (2)将步骤(1)中的所得产物放入管式炉，在H2/N2混合气氛下先于250℃下热处理1小时，然后再于500℃焙烧1小时进一步碳化即可得到Pt/C催化剂。其中H2/N2混合气氛中H2
体积占比为10％。

[0067] 实施例1

[0068] 1、称取2g原始碳载体和100g丙酮，室温下机械搅拌5小时；

[0069] 2、将步骤1中的样品抽去滤液，然后用酒精漂洗多次，最后放入烘箱80℃干燥12小时；

[0070] 3、将步骤2中干燥好的样品用破碎机进行破碎；

[0071] 4、将1g步骤3中所得的碳载体与40g浓度为2M硝酸溶液混合，于60℃下搅拌12小时；

[0072] 5、将步骤4中的样品抽去滤液，并用去离子水洗涤至滤液呈中性，80℃真空干燥；

[0073] 6、取步骤5中的样品120mg搅拌超声30分钟分散于12mL质量分数为1％的PVP无水乙醇溶液中，然后60℃下回流5小时；

[0074] 7、将步骤6中的产物抽滤，然后80℃真空干燥12小时；

[0075] 8、取40mL浓度为5mg/ml硝酸铂溶液，并用0.05M盐酸溶液将pH调至3‑3.5之间，然后加入4mg多巴胺并混合搅拌30分钟，而后加入步骤7中所得碳载体120mg，然后机械搅拌5
小时，然后80℃真空旋转蒸干将水分去除后研磨破碎成粉。

[0076] 9、将步骤8中所得的干燥粉末在H2/N2混合气氛下先于250℃下热处理1小时，然后再于500℃焙烧30分钟进一步碳化即可得到Pt/C催化剂。

[0077] 10、称取7.6毫克步骤9中所得催化剂，向其中先后加入7毫升超纯水和3毫升异丙醇，超声震荡30分钟分散均匀，待冷却至室温后再加入40微升Nafion膜溶液(质量分数5％，
杜邦)，然后再于冰水中超声震荡10分钟。使用微量进样器吸取6.5微升均匀涂覆于玻碳旋
转圆盘电极(内芯直径5毫米)上，空气中旋转干燥15分钟。以此为工作电极，铂丝为对电极，
饱和甘汞电极为参比电极，以氮气饱和的浓度为0.1M的高氯酸溶液为电解质溶液，循环伏
安扫描30圈以活化催化剂，电压窗口0‑1.2V，扫描速率50mV/s。随后，在氧气饱和的浓度为
0.1M的高氯酸溶液中测试线性扫描极化曲线，旋转电极的转速为1600rpm，扫描范围0.1‑
1.1V，扫描速率为10mV/s。

[0078] 实施例2

[0079] 1、称取2g原始碳载体100g丙酮，室温下机械搅拌5小时；

[0080] 2、将步骤1中的样品抽去滤液，然后用酒精漂洗多次，最后放入烘箱80℃干燥12小时；

[0081] 3、将步骤2中干燥好的样品用破碎机进行破碎；

[0082] 4、将1g步骤3中所得的碳载体与40g浓度为2M硝酸溶液混合，于60℃下搅拌12小时；

[0083] 5、将步骤4中的样品抽去滤液，并用去离子水洗涤至滤液呈中性，80℃真空干燥；

[0084] 6、取40mL浓度为5mg/ml硝酸铂溶液，并用0.05M盐酸溶液将pH调至3‑3.5之间，然后加入4mg多巴胺并混合搅拌30分钟，而后加入步骤5中所得碳载体120mg，机械搅拌5小时，
然后80℃真空旋转蒸干将水分去除后研磨破碎成粉。

[0085] 7、将步骤6中所得的干燥粉末在H2/N2混合气氛下先于250℃下热处理1小时，然后再于500℃焙烧30分钟进一步碳化即可得到Pt/C催化剂。

[0086] 10、称取7.6毫克步骤7中所得催化剂，向其中先后加入7毫升超纯水和3毫升异丙醇，超声震荡30分钟分散均匀，待冷却至室温后再加入40微升Nafion膜溶液(质量分数5％，
杜邦)，然后再于冰水中超声震荡10分钟。使用微量进样器吸取6.5微升均匀涂覆于玻碳旋
转圆盘电极(内芯直径5毫米)上，空气中旋转干燥15分钟。以此为工作电极，铂丝为对电极，
饱和甘汞电极为参比电极，以氮气饱和的浓度为0.1M的高氯酸溶液为电解质溶液，循环伏
安扫描30圈以活化催化剂，电压窗口0‑1.2V，扫描速率50mV/s。随后，在氧气饱和的浓度为
0.1M的高氯酸溶液中测试线性扫描极化曲线，旋转电极的转速为1600rpm，扫描范围0.1‑
1.1V，扫描速率为10mV/s。

[0087] 实施例3

[0088] 1、称取2g原始碳载体100g丙酮，室温下机械搅拌5小时；

[0089] 2、将步骤1中的样品抽去滤液，然后用酒精漂洗多次，最后放入烘箱80℃干燥12小时；

[0090] 3、将步骤2中干燥好的样品用破碎机进行破碎；

[0091] 4、将1g步骤3中所得的碳载体与40g浓度为2M硝酸溶液混合，于60℃下搅拌12小时；

[0092] 5、将步骤4中的样品抽去滤液，并用去离子水洗涤至滤液呈中性，80℃真空干燥；

[0093] 6、取步骤5中的样品120mg搅拌超声30分钟分散于12mL质量分数为5％的PVP无水乙醇溶液中，然后80℃下回流5小时；

[0094] 7、将步骤6中的产物抽滤，然后80℃真空干燥12小时；

[0095] 8、取40mL浓度为5mg/ml硝酸铂溶液，并用0.05M盐酸溶液将pH调至3‑3.5之间，然后加入20mg多巴胺并混合搅拌30分钟，而后加入步骤7中所得碳载体120mg，机械搅拌5小
时，然后80℃真空旋转蒸干将水分去除后研磨破碎成粉。

[0096] 9、将步骤8中所得的干燥粉末在H2/N2混合气氛下先于250℃下热处理1小时，然后再于500℃焙烧30分钟进一步碳化即可得到Pt/C催化剂。

[0097] 10、称取7.6毫克步骤9中所得催化剂，向其中先后加入7毫升超纯水和3毫升异丙醇，超声震荡30分钟分散均匀，待冷却至室温后再加入40微升Nafion膜溶液(质量分数5％，
杜邦)，然后再于冰水中超声震荡10分钟。使用微量进样器吸取6.5微升均匀涂覆于玻碳旋
转圆盘电极(内芯直径5毫米)上，空气中旋转干燥15分钟。以此为工作电极，铂丝为对电极，
饱和甘汞电极为参比电极，以氮气饱和的浓度为0.1M的高氯酸溶液为电解质溶液，循环伏
安扫描30圈以活化催化剂，电压窗口0‑1.2V，扫描速率50mV/s。随后，在氧气饱和的浓度为
0.1M的高氯酸溶液中测试线性扫描极化曲线，旋转电极的转速为1600rpm，扫描范围0.1‑
1.1V，扫描速率为10mV/s。

[0098] 实施例4

[0099] 1、称取2g原始碳载体100g丙酮，室温下机械搅拌5小时；

[0100] 2、将步骤1中的样品抽去滤液，然后用酒精漂洗多次，最后放入烘箱80℃干燥12小时；

[0101] 3、将步骤2中干燥好的样品用破碎机进行破碎；

[0102] 4、将1g步骤3中所得的碳载体与40g浓度为2M硝酸溶液混合，于60℃下搅拌12小时；

[0103] 5、将步骤4中的样品抽去滤液，并用去离子水洗涤至滤液呈中性，80℃真空干燥；

[0104] 6、取步骤5中的样品120mg搅拌超声30分钟分散于12mL质量分数为5％的PVP无水乙醇溶液中，然后80℃下回流5小时；

[0105] 7、将步骤6中的产物抽滤，然后80℃真空干燥12小时；

[0106] 8、取40mL浓度为5mg/ml硝酸铂溶液，并用0.05M盐酸溶液将pH调至3‑3.5之间，而后加入步骤7中所得碳载体120mg，机械搅拌5小时，然后80℃真空旋转蒸干将水分去除后研
磨破碎成粉。

[0107] 9、将步骤8中所得的干燥粉末在H2/N2混合气氛下先于250℃下热处理1小时，然后再于500℃焙烧30分钟进一步碳化即可得到Pt/C催化剂。

[0108] 10、称取7.6毫克步骤9中所得催化剂，向其中先后加入7毫升超纯水和3毫升异丙醇，超声震荡30分钟分散均匀，待冷却至室温后再加入40微升Nafion膜溶液(质量分数5％，
杜邦)，然后再于冰水中超声震荡10分钟。使用微量进样器吸取6.5微升均匀涂覆于玻碳旋
转圆盘电极(内芯直径5毫米)上，空气中旋转干燥15分钟。以此为工作电极，铂丝为对电极，
饱和甘汞电极为参比电极，以氮气饱和的浓度为0.1M的高氯酸溶液为电解质溶液，循环伏
安扫描30圈以活化催化剂，电压窗口0‑1.2V，扫描速率50mV/s。随后，在氧气饱和的浓度为
0.1M的高氯酸溶液中测试线性扫描极化曲线，旋转电极的转速为1600rpm，扫描范围0.1‑
1.1V，扫描速率为10mV/s。

[0109] 实施例对比

[0110] 1、由图1至图4各实施例所制备的催化剂的透射电镜图可知，未添加PVP的实施例2出现了大量的团聚颗粒且部分碳载体区域完全未负载有颗粒，这是由于铂离子缺乏有效的
负载区域，在热还原过程中发生热迁移导致的颗粒团聚，从而导致了颗粒在碳载体上的分
散度差。实施例1和实施例3上负载的颗粒分布均匀，无明显团聚的大颗粒。表明PVP在热解
过程中形成的非晶碳会充当物理屏障限制铂金属纳米颗粒受热发生迁移，有效防止了铂金
属纳米颗粒的团聚长大。由实施例1、实施例3和实施例4对比可知，不加多巴胺的实施例4出
现了三处颗粒密集堆积的区域，这是由于未加多巴胺时，PVP可能会在某处聚集/沉积较厚
或者出现褶皱的PVP膜，导致铂离子在某处吸附浓度过高，最终导致该处铂颗粒密集堆积。

[0111] 2、由图5和图6中各实施例所制备的催化剂的电化学性能对比图可知，未添加PVP是实施例2所展现出的ECSA和MA最低。实施例1和实施例3所展现的催化剂性能均远高于实
施例2。对实施例1和实施例3性能远高于实施例2的主要原因研究认为：①PVP的加入促使了
铂粒子分布更加均匀，提升了铂的利用率；②由PVP热解形成的非晶碳氮层CNx会在一定程
度上增加碳载体导电性，同时也会部分促进催化剂的电化学活性。

[0112] 如图7所示，PVP单体上的C＝O基团带负电荷，对带正电荷的Pt2+离子具有强烈的静2+
电吸附作用，可以促使Pt 离子均匀分散。