一种有序催化层及其制备和应用的制作方法

技术特征：

1.一种有序催化层，其特征在于：包括相互叠合的碳层和柱状PPy阵列层，PPy阵列层中的PPy柱垂直于碳层表面；在PPy阵列中的PPy柱上担载有催化剂，催化剂是以一种或二种以上金属的颗粒层，或催化剂是以一种或二种以上金属的颗粒为核，核外表面包覆有Pt层作为壳，形成核壳结构的颗粒催化剂层，相应的催化剂附着于阵列上，构建成有序催化层。

2.根据权利要求1所述有序催化层，其特征在于：碳层的碳材质为石墨烯和/或碳纳米颗粒，碳纳米颗粒的粒径1nm-1000nm，碳层的厚度1nm-1000nm；柱状PPy阵列层中的PPy柱的高度为0.5μm-2.0μm，直径60-120nm；催化剂层厚度：1nm-50nm。

3.一种权利要求1或2所述有序催化层的制备方法，其特征在于：在基底不锈钢平板表面磁控溅射Fe、Co、Ni或Cu金属中一种或二种以上合金的金属颗粒层厚度～20nm，在该担载金属颗粒后不锈钢表面通过CVD或者在管式炉中使用CH₄及其他碳氢化合物(C₃H₆,C₂H₂)中一种或二种以上作为碳源，进行热处理在不锈钢表面生成碳层，随后在碳层表面进行电化学原位聚合聚合制备PPy阵列；

在PPy阵列有序结构上担载金属的颗粒作为催化剂，得到相应的催化剂于阵列上，然后转印至膜，构建有序催化层；或，在PPy阵列有序结构上担载金属的颗粒作为催化剂，然后放入H₂饱和的含Pt的前驱体的乙醇溶液中或直接在Pt的前驱体溶液中进行置换反应，将Pt原位还原在上述金属表面形成核壳结构，得到相应的催化剂于阵列上，然后转印至膜，构建有序催化层。

4.权利要求3所述有序催化层的制备方法，其特征在于：具体为，

1)首先将不锈钢放入0.2M-0.5M的重铬酸钾溶液中超声1-2h,然后将其用去离子水洗干净备用；

2)在不锈钢表面担载磁控溅射上金属颗粒，然后通过CVD或者是在管式炉中制备碳层于不锈钢表面，反应温度500-900℃，CH₄或C₂H₂流量1-200mL/min,反应时间5-50min，射频功率：100-300W；然后在碳层表面通过恒电位电沉积的方式(沉积电位0.60V-0.75V vs SCE)在0℃-25℃水浴下反应20-50min或者通过循环伏安法(-0.3V-0.7V vs SCE)循环10圈至50圈制备PPy纳米线阵列，PPy阵列的长度为0.5μm-2.0μm；

3)在步骤2)所制得的PPy阵列有序结构上担载金属的颗粒作为催化剂，得到相应的催化剂于阵列上，然后转印至膜，构建有序催化层；或，在PPy阵列有序结构上担载金属的颗粒作为催化剂，然后放入H₂饱和的含Pt的前驱体的乙醇溶液中，将Pt原位还原在上述金属表面形成核壳结构，得到相应的催化剂于阵列上，然后转印至膜，构建有序催化层；

上述步骤3)及权利要求1中所述催化剂担载方式采用电沉积、化学还原、热分解、蒸镀、磁控溅射或原子层沉积中的任意一种或二种以上；所担载的催化剂为金属Pd、Au、Ru、Nb、Ta、Ir、Ag、Fe、Co、Ni、Cu、Mn、Cr或Ti中的任意一种，或上述金属中的任意二种或三种以上的合金中的任意一种或二种以上；Pt的前驱体盐为H₂PtCl₆、K₂PtCl₄、Cl₆H₁₂Na₂O₆Pt、Pt(NH₃)₂Cl₂(顺Pt或者反Pt)等含Pt的前驱体盐中的任意一种或二种以上，前驱体盐于乙醇溶液中浓度0.0001M-0.5M或水溶液的浓度0.0001M-0.5M。

5.权利要求4所述有序催化层的制备方法，其特征在于：

在步骤3)中所制备的核壳催化剂可以热处理或不进行热处理；

热处理条件：25℃-300℃，N₂、Ar、H₂的一种或两种混合气，气体流量：10mL min^-1-500mL min^-1,反应时间：10min–1000min。

6.一种根据权利要求1-2任一所述有序催化层的应用其特征在于，所述的有序催化层用于制备燃料电池膜电极的阳极和/或阴极。