一种燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的高效掺杂方法与流程

本发明涉及一种掺杂NbOx粉体的制备方法。

背景技术：

质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有低温快速启动、能量转化效率高、排放零污染等特点，被认为是最有发展潜力的燃料电池之一。这对缓解当今能源危机及解决环境问题具有重大的意义。然而，由于其中催化剂的主要材料是Pt，从而提高了其制造成本，这也是阻碍其商业化的根本原因。现阶段提高铂阴极催化剂的活性和其在强酸性高电位下的稳定性对解决催化剂及电池成本与寿命至关重要。近几年金属氧化物用作催化剂载体，引起了人们的广泛关注，其中NbOx具有耐化学腐蚀和电化学腐蚀的能力，被应用在催化剂的载体，但由于其本身属于半导体，电子电导率不高，导致其负载的Pt基催化剂氧还原等反应动力学速率受限，从而降低其催化活性。目前解决的手段主要是通过与碳的机械混合来改善其导电性，但是氧化物粒径对氧化物与Pt的接触状态影响较大，从而造成催化剂性能重现性差。

技术实现要素：

本发明的目的是要解决现有NbOx氧化物的导电率低和催化活性差的问题，而提供一种燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的高效掺杂方法。

一种燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将碱性溶液以12滴/min～60滴/min的滴加速度滴入到铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为6500r/min～9000r/min下离心5min～10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗3次～5次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液与铌盐醇溶液的体积比为(20～50):1；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.3mol/L～0.5mol/L的氢氧化钠溶液、浓度为 0.3mol/L～0.5mol/L的氨水溶液、浓度为0.3mol/L～0.5mol/L的碳酸钠溶液或浓度为 0.3mol/L～0.5mol/L的碳酸氢钠溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L～1mol/L；所述的铌盐为五氯化铌、三氯化铌、硝酸铌或乙醇铌；所述的醇为甲醇、乙醇、正丁醇或乙二醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到浓度为0.5mol/L～2mol/L的草酸溶液中，再加入质量分数为20％～80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为120r/min～300r/min 下搅拌反应30min～60min，得到反应液Ⅰ；

步骤一②所述的质量分数为20％～80％的水合肼溶液与步骤一①中铌盐醇溶液的体积比为(10～60):1；

步骤一②所述的浓度为0.5mol/L～2mol/L的草酸溶液与步骤一①中铌盐醇溶液的体积比为(20～100):1；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为120℃～200℃下水热反应 10h～20h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为6500r/min～9000r/min下离心 5min～10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为 60℃～70℃下干燥4h～12h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为500℃～1000℃下煅烧1h～3h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中1≤x≤2，1≤y≤5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为a:b，且5≤a≤20，a+b＝100；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为120℃～200℃水热反应8h～20h，得到掺杂NbxOy粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:(3～10)；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为(20mg～40mg):50mL；

步骤三中所述的Y源为N源、P源和S源中的一种或其中几种的混合；所述的N源为尿素；所述的P源为磷酸氢二铵或磷酸二氢钠；所述的S源为硫胺；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为50W～200W下超声分散1h～3h，再在搅拌速度为120r/min～300r/min下搅拌6h～12h，再滴加质量分数为20％～40％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为120r/min～300r/min下搅拌30min～60min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH 至9～12之间，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:(1～4)；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:(2mL～4mL)；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为20％～40％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:(0.13mL～0.26mL)；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、500W～900W的微波辐射和水热温度为180℃～200℃的条件下进行微波水热反应50s～80s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为20％～40％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至2～4，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗3次～5次，再在温度为60℃～80℃下干燥4h～8h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂。

本发明的原理及优点：

一、本发明通过掺杂N、P、S可以有效改善材料的物理化学性能，提高导电性；在此基础上，本发明使用简单的水热方法，成功制备了燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂，有效改善了氧化物的导电性，通过氧化物与Pt之间的强烈相互作用，改变Pt表面的电子结构，从而提高了燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的催化活性；

二、本发明制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂中引入了N元素、P元素和S元素中的一种或其中几种元素，提高了NbOx铂基催化剂的导电性，同时由于N元素、P元素和S元素中的一种或其中几种元素的加入对NbOx铂基催化剂中Pt有一定的助催化作用以及锚钉作用，从而提高了燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的催化活性；

三、本发明制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的工艺简单，原料便于获取，价格低廉，便于工业化生产；

四、本发明制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂可用于燃料电池催化剂，有利于相关产业的发展；

五、本发明制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂可用于燃料电池催化剂表现出了卓越的电催化性能，其初始电位最高可达0.97V，其半波电位在0.79V～0.86V之间，与碳载铂催化剂相比电位更正，并且质量活性较高，可达173.44mA mgPt^-1，比碳载铂催化剂提高了2.96倍～5.3倍；另外，此催化剂的稳定性也比较理想，在2500个加速老化循环后，其半波电位负移了20mV与碳载铂催化剂相当。

本发明可获得一种燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的高效掺杂方法。

附图说明

图1为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的高倍透射图；

图2为XRD谱图，图2中1为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的XRD曲线，2为对比试验得到的NbO2铂基催化剂的XRD曲线；

图3为XPS谱图，图3中1为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的XPS曲线，2为对比试验得到的NbO2铂基催化剂的XPS曲线；

图4为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的N 1s分峰图；

图5为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的CV测试曲线图，图5中1为原始CV测试曲线，2为循环2500圈CV测试曲线；

图6为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的稳定性测试曲线图，图6中1为原始曲线，2为循环2500圈的曲线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式是一种燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将碱性溶液以12滴/min～60滴/min的滴加速度滴入到铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为6500r/min～9000r/min下离心5min～10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗3次～5次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液与铌盐醇溶液的体积比为(20～50):1；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.3mol/L～0.5mol/L的氢氧化钠溶液、浓度为 0.3mol/L～0.5mol/L的氨水溶液、浓度为0.3mol/L～0.5mol/L的碳酸钠溶液或浓度为 0.3mol/L～0.5mol/L的碳酸氢钠溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L～1mol/L；所述的铌盐为五氯化铌、三氯化铌、硝酸铌或乙醇铌；所述的醇为甲醇、乙醇、正丁醇或乙二醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到浓度为0.5mol/L～2mol/L的草酸溶液中，再加入质量分数为20％～80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为120r/min～300r/min 下搅拌反应30min～60min，得到反应液Ⅰ；

步骤一②所述的质量分数为20％～80％的水合肼溶液与步骤一①中铌盐醇溶液的体积比为(10～60):1；

步骤一②所述的浓度为0.5mol/L～2mol/L的草酸溶液与步骤一①中铌盐醇溶液的体积比为(20～100):1；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为120℃～200℃下水热反应 10h～20h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为6500r/min～9000r/min下离心 5min～10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为 60℃～70℃下干燥4h～12h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为500℃～1000℃下煅烧1h～3h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中1≤x≤2，1≤y≤5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为a:b，且5≤a≤20，a+b＝100；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为120℃～200℃水热反应8h～20h，得到掺杂NbxOy粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:(3～10)；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为(20mg～40mg):50mL；

步骤三中所述的Y源为N源、P源和S源中的一种或其中几种的混合；所述的N源为尿素；所述的P源为磷酸氢二铵或磷酸二氢钠；所述的S源为硫胺；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为50W～200W下超声分散1h～3h，再在搅拌速度为 120r/min～300r/min下搅拌6h～12h，再滴加质量分数为20％～40％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为120r/min～300r/min下搅拌30min～60min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH 至9～12之间，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:(1～4)；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:(2mL～4mL)；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为20％～40％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:(0.13mL～0.26mL)；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、500W～900W的微波辐射和水热温度为180℃～200℃的条件下进行微波水热反应50s～80s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为20％～40％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至2～4，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗3次～5次，再在温度为60℃～80℃下干燥4h～8h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂。

本实施方式的原理及优点：

一、本实施方式通过掺杂N、P、S可以有效改善材料的物理化学性能，提高导电性；在此基础上，本实施方式使用简单的水热方法，成功制备了燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂，有效改善了氧化物的导电性，通过氧化物与Pt之间的强烈相互作用，改变 Pt表面的电子结构，从而提高了燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的催化活性；

二、本实施方式制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂中引入了N元素、 P元素和S元素中的一种或其中几种元素，提高了NbOx铂基催化剂的导电性，同时由于 N元素、P元素和S元素中的一种或其中几种元素的加入对NbOx铂基催化剂中Pt有一定的助催化作用以及锚钉作用，从而提高了燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的催化活性；

三、本实施方式制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的工艺简单，原料便于获取，价格低廉，便于工业化生产；

四、本实施方式制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂可用于燃料电池催化剂，有利于相关产业的发展；

五、本实施方式制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂可用于燃料电池催化剂表现出了卓越的电催化性能，其初始电位最高可达0.97V，其半波电位在0.79V～0.86V 之间，与碳载铂催化剂相比电位更正，并且质量活性较高，可达173.44mA mgPt^-1，比碳载铂催化剂提高了2.96倍～5.3倍；另外，此催化剂的稳定性也比较理想，在2500个加速老化循环后，其半波电位负移了20mV与碳载铂催化剂相当。

本实施方式可获得一种燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的高效掺杂方法。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液、浓度为0.3mol/L的氨水溶液、浓度为0.3mol/L的碳酸钠溶液或浓度为0.3mol/L的碳酸氢钠溶液。其他步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：步骤一中所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为1mol/L。其他步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：步骤一①所述的碱性溶液与铌盐醇溶液的体积比为30:1。其他步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤一②所述的质量分数为80％的水合肼溶液与步骤一①中铌盐醇溶液的体积比为30:1。其他步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：步骤一②所述的浓度为0.5mol/L的草酸溶液与步骤一①中铌盐醇溶液的体积比为50:1。其他步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤一③中将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为160℃下水热反应10h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为8000r/min下离心10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥6h，得到前驱体。其他步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：步骤二中将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为800℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体。其他步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤三中将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃水热反应15h，得到掺杂NbxOy粉体。其他步骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是：步骤四①中将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为150W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌30min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至12，得到反应液Ⅱ；步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72 活性炭的质量比为1:3；步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为1mg:2mL；步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为 20％～40％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.13mL。其他步骤与具体实施方式一至九相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同点是：步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝2。其他步骤与具体实施方式一至十相同。

具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式一至十之一不同点是：步骤二中所述的NbxOy中x＝2，y＝5。其他步骤与具体实施方式一至十一相同。

具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式一至十之二不同点是：步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝1.5。其他步骤与具体实施方式一至十二相同。

对比试验：一种制备NbxOy铂基催化剂的方法，是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将30mL碱性溶液以20滴/min的滴加速度滴入到1mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为8000r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.3mol/L的氨水溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为1mol/L；所述的铌盐为五氯化铌；所述的醇为甲醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入30mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为160℃下水热反应10h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为8000r/min下离心10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥6h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为800℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝2；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、①、将步骤二得到的NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为150W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌30min，再使用 NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至12，得到反应液Ⅰ；

步骤三①中所述的NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:3；

步骤三①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤三①中所述的NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:2mL；

步骤三①中所述的NbxOy粉体的质量与质量分数为20％的氯铂酸溶液的体积比为 1mg:0.13mL；

步骤三①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅰ在氩气气氛、900W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应1min，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅱ；

③、使用质量分数为20％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至3，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥4h，得到 NbO2铂基催化剂。

采用以下实施例验证本发明的有益效果：

实施例一：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将30mL碱性溶液以20滴/min的滴加速度滴入到1mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为8000r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.3mol/L的氨水溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为1mol/L；所述的铌盐为五氯化铌；所述的醇为甲醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入30mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为150r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为160℃下水热反应10h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为8000r/min下离心10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥6h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为800℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝2；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃水热反应15h，得到掺杂NbxOy粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:5；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为N源；所述的N源为尿素；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为150W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌30min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至12，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:3；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:2mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为20％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.13mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、900W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应1min，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为20％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至3，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥4h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂。

图1为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的高倍透射图；

通过从图1中晶格条纹间距可知图中白色实线标记部分为Pt颗粒，其晶格条纹间距为 0.23nm，对应Pt的(111)晶面，白色虚线标记部分的晶格条纹间距为0.34nm，对应 NbO2的(400)晶面，在图中灰色部分为XC-72碳，可见Pt颗粒主要分布在XC-72碳以及NbO2上，分散性较好。

图2为XRD谱图，图2中1为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的XRD曲线，2为对比试验得到的NbO2铂基催化剂的XRD曲线；

从图2可知两者的图形一致，说明实施例一成功制备了NbO2铂基催化剂。

图3为XPS谱图，图3中1为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的XPS曲线，2为对比试验得到的NbO2铂基催化剂的XPS曲线；

从图3可知两者催化剂的Nb 3d对比图可看出实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的Nb 3d3/2和Nb 3d5/2衍射峰相对于对比试验得到的NbO2铂基催化剂有轻微的正移，这主要是由于N元素的掺入引起的。

图4为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的N 1s分峰图；

为了进一步考察N的掺杂情况，对实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂进行分峰处理，从图4我们可见三个明显的衍射峰，在402.36eV处应的是间隙氮原子或者化学吸附的含氮气体，例如NH3或N2；在401.28eV处的衍射峰对应的是尿素高温分解的醛类化合物；在400.17eV处的衍射峰对应的是Nb-O键也或者说N代替 O的位置与Nb结合。

图5为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的CV测试曲线图，图5中1为原始CV测试曲线，2为循环2500圈CV测试曲线；

从图5可知可以看出循环2500之后，图形形状没有较大改变，活性面积从 109.18m²/mg减小到97.7m²/mg，仅衰减了10.51％。

采用CHI电化学工作站对实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的稳定性进行测试，如图6所示；

图6为实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的稳定性测试曲线图，图6中1为原始曲线，2为循环2500圈的曲线；

图6所示的半波电位在2500圈之后负移了20mv，可见实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂还是相当稳定的，主要是由于金属氧化物NbO2本身有较强耐腐蚀性，辅以N原子对Pt的锚定作用，使铂的催化作用充分发挥整体提升了催化剂的稳定性。

经测试，实施例一制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的质量活性为 173.44mA mgPt^-1，半波电位为0.86V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了5.3倍。

实施例二：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将40mL碱性溶液以30滴/min的滴加速度滴入到2mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为7000r/min下离心6min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为浓度为0.5mol/L的氨水溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为五氯化铌；所述的醇为乙醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入40mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为250r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为160℃下水热反应20h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为7000r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥6h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为500℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝2，y＝5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为180℃水热反应15h，得到掺杂NbxOy粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:3；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为N源；所述的N源为尿素；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为200W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌40min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至11，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:2；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:3mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为20％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.2mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、800W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应60s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为20％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至3，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥6h，得到燃料电池催化剂用掺杂的Nb2O5铂基催化剂。

经测试，实施例二制备的燃料电池催化剂用掺杂的Nb2O5铂基催化剂的质量活性为 150mA mgPt^-1，半波电位为0.84V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了4.5倍。

实施例三：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将20mL碱性溶液以40滴/min的滴加速度滴入到1mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为9000r/min下离心5min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为五氯化铌；所述的醇为乙二醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入20mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃下水热反应10h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为9000r/min下离心5min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥4h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为1000℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝1.5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃水热反应10h，得到掺杂NbxOy粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:10；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为N源；所述的N源为尿素；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为150W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌10h，再滴加质量分数为30％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌30min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至12，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:4；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:3mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为30％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.13mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、600W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应70s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为20％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至2，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥4h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbO1.5铂基催化剂。

经测试，实施例三制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO1.5铂基催化剂的质量活性为 136mA mgPt^-1，半波电位为0.82V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了3.9倍。

实施例四：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将20mL碱性溶液以50滴/min的滴加速度滴入到1mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为7000r/min下离心7min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为浓度为0.5mol/L的氨水溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为五氯化铌；所述的醇为乙醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入20mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为180℃下水热反应15h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为7000r/min下离心7min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥4h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为700℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝2；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为5:95；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为180℃水热反应15h，得到掺杂NbxOy粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:5；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为P源；所述的P源为(NH4)2HPO4；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为150W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌30min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至12，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:1；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:3mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为20％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.23mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、600W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应70s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为30％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至4，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥6h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂。

经测试，实施例四制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的质量活性为 146mA mgPt^-1，半波电位为0.85V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了4.36倍。

实施例五：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将40mL碱性溶液以30滴/min的滴加速度滴入到2mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为7500r/min下离心6min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为浓度为0.5mol/L的氨水溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为硝酸铌；所述的醇为乙醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入40mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为300r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为160℃下水热反应20h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为7500r/min下离心6min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥4h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为700℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝2，y＝5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为180℃水热反应15h，得到掺杂NbxOy粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:3；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为P源；所述的P源为(NH4)2HPO4；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为100W下超声分散1h，再在搅拌速度为160r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为160r/min下搅拌50min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至11.5，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:1；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:3mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为20％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.2mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、600W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应55s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为30％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至2，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥5h，得到燃料电池催化剂用掺杂的Nb2O5铂基催化剂。

经测试，实施例五制备的燃料电池催化剂用掺杂的Nb2O5铂基催化剂的质量活性为 162mA mgPt^-1，半波电位为0.85V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了4.9倍。

实施例六：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将20mL碱性溶液以20滴/min的滴加速度滴入到1mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为8000r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.5mol/L的碳酸氢钠溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为三氯化铌；所述的醇为乙醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入20mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃下水热反应10h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为8000r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥5h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为1000℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝1.5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃水热反应10h，得到掺杂NbOx粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:10；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为P源；所述的P源为(NH4)2HPO4；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为120W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌10h，再滴加质量分数为40％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌50min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至11，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:1；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:2.5mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为40％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.25mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、800W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应60s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为30％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至2，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥6h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbO1.5铂基催化剂。

经测试，实施例六制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO1.5铂基催化剂的质量活性为 138mA mgPt^-1，半波电位为0.84V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了4倍。

实施例七：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将20mL碱性溶液以55滴/min的滴加速度滴入到1mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为6500r/min下离心10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.5mol/L的氨水溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为乙醇铌；所述的醇为乙二醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入30mL质量分数为80％水合肼溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃下水热反应10h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为6500r/min下离心10min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥4h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为900℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝1.5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃水热反应10h，得到掺杂NbOx粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:10；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为P源；所述的P源为NaH2PO4；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为150W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌30min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至11，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:1；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:2mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为20％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.26mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、800W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应80s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为40％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至4，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥5h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbO1.5铂基催化剂。

经测试，实施例七制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO1.5铂基催化剂的质量活性为 128mA mgPt^-1，半波电位为0.85V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了3.7倍。

实施例八：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将20mL碱性溶液以25滴/min的滴加速度滴入到1mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为6500r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为五氯化铌；所述的醇为甲醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入20mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为120r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为180℃下水热反应15h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为7500r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥5h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为900℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝2；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为180℃水热反应15h，得到掺杂NbOx粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:5；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为S源；所述的S源为CN2H4S；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为100W下超声分散1h，再在搅拌速度为200r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为120r/min下搅拌40min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至12，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:1；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:4mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为20％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.25mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、800W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应60s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为35％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至2，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥4h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂。

经测试，实施例八制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO2铂基催化剂的质量活性为 130mA mgPt^-1，半波电位为0.82V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了3.77倍。

实施例九：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbOx铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将40mL碱性溶液以30滴/min的滴加速度滴入到2mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为9000r/min下离心5min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.5mol/L的氨水溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为五氯化铌；所述的醇为乙醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入20mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为180r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为160℃下水热反应20h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为9000r/min下离心5min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥5h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为700℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝2，y＝5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为20:80；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为180℃水热反应15h，得到掺杂NbOx粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:3；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为S源；所述的S源为CN2H4S；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为200W下超声分散1h，再在搅拌速度为150r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为20％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为150r/min下搅拌60min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至11.5，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:1；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:3.5mL；

步骤四①中所述的掺杂NbOx粉体的质量与质量分数为20％的氯铂酸溶液的体积比为 1mg:0.2mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、900W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应50s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为35％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至3.5，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥5h，得到燃料电池催化剂用掺杂的Nb2O5铂基催化剂。

经测试，实施例九制备的燃料电池催化剂用掺杂的Nb2O5铂基催化剂的质量活性为 116mA mgPt^-1，半波电位为0.80V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了3.36倍。

实施例十：一种燃料电池催化剂用掺杂的NbxOy铂基催化剂的高效掺杂方法是按以下步骤完成的：

一、制备前驱体：

①、将20mL碱性溶液以60滴/min的滴加速度滴入到1mL铌盐醇溶液中，得到沉淀物质A；将沉淀物质A在离心速度为7000r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质A；使用蒸馏水对离心后的沉淀物质A清洗4次，得到清洗后的沉淀物质A；

步骤一①所述的碱性溶液为浓度为0.5mol/L的氨水溶液；

步骤一①中所述的铌盐醇溶液由铌盐和醇混合而成；所述的铌盐醇溶液中铌盐的浓度为0.5mol/L；所述的铌盐为五氯化铌；所述的醇为乙醇；

②、将步骤一①中得到的清洗后的沉淀物质A加入到50mL浓度为0.5mol/L的草酸溶液中，再加入20mL质量分数为80％的水合肼溶液，再在搅拌速度为200r/min下搅拌反应30min，得到反应液Ⅰ；

③、将反应液Ⅰ加入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃下水热反应10h，得到沉淀物质B；将沉淀物质B在离心速度为7000r/min下离心8min，弃去上清液，得到离心后的沉淀物质B；将离心后的沉淀物质B在温度为60℃下干燥4h，得到前驱体；

二、焙烧：

将步骤一得到的前驱体在H2和Ar的混合气氛和温度为1000℃下煅烧1h，得到NbxOy粉体；

步骤二中所述的NbxOy中x＝1，y＝1.5；

步骤二中所述的H2和Ar的混合气氛中H2与Ar的体积比为15:85；

三、掺杂：

将步骤二得到的NbxOy粉体与Y源混合，再加入去离子水，再装入到反应釜中，再将反应釜在温度为200℃水热反应10h，得到掺杂NbOx粉体；

步骤三中所述的NbxOy粉体与Y源的质量比为1:10；

步骤三中所述的NbxOy粉体的质量与去离子水的体积比为20mg:50mL；

步骤三中所述的Y源为S源；所述的S源为CN2H4S；

四、①、将步骤三得到的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭混合，再加入乙二醇与异丙醇混合溶液中，再在超声功率为180W下超声分散1h，再在搅拌速度为260r/min下搅拌6h，再滴加质量分数为30％的氯铂酸溶液，再在搅拌速度为260r/min下搅拌50min，再使用NaOH乙二醇溶液调节溶液的pH至11，得到反应液Ⅱ；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体与XC-72活性炭的质量比为1:1；

步骤四①中所述的乙二醇与异丙醇混合溶液是由乙二醇和异丙醇混合而成；所述的乙二醇与异丙醇混合溶液中乙二醇和异丙醇的体积比为4:1；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与乙二醇与异丙醇混合溶液的体积比为 1mg:3mL；

步骤四①中所述的掺杂NbxOy粉体的质量与质量分数为30％的氯铂酸溶液的体积比为1mg:0.15mL；

步骤四①中所述的NaOH乙二醇溶液是由NaOH和乙二醇溶液混合而成；所述的 NaOH乙二醇溶液中NaOH的浓度为0.5mol/L；

②、将反应液Ⅱ在氩气气氛、700W的微波辐射和水热温度为180℃的条件下进行微波水热反应70s，再自然冷却至室温，得到反应液Ⅲ；

③、使用质量分数为20％的HNO3溶液将反应液Ⅲ的pH值调节至3，再进行抽滤，得到沉淀物质C，使用蒸馏水对沉淀物质C清洗4次，再在温度为80℃下干燥6h，得到燃料电池催化剂用掺杂的NbO1.5铂基催化剂。

经测试，实施例十制备的燃料电池催化剂用掺杂的NbO1.5铂基催化剂的质量活性为 108mA mgPt^-1，半波电位为0.79V，与碳载铂催化剂相比催化活性提高了2.96倍。