本公開涉及用于燃料電池催化劑的透鏡狀多孔支撐體及其制造方法，當多孔支撐體用作載體以負載燃料電池催化劑時，該透鏡狀多孔支撐體可以改善電化學性能并增加傳質(zhì)能力。

背景技術(shù)：

1、多孔碳材料具有高的工業(yè)實用價值，并應(yīng)用于各種領(lǐng)域。例如，多孔碳材料被用作分離過程、吸附去除和氣體存儲中的選擇性吸附劑，電池、燃料電池和高容量電容器中的電極材料，以及主要的催化劑過程中的催化劑載體或催化劑。

2、根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學聯(lián)合會(iupac)中的定義，多孔碳材料可以分為三種類型，即，具有微孔(孔徑＜2nm)的微孔碳材料、具有中孔(2nm＜孔徑＜50nm)的中孔碳材料和具有大孔(孔徑>50nm)的大孔碳材料。特別地，在電化學應(yīng)用領(lǐng)域中，提到通過高比表面積增加活性面積與維持適當?shù)膶?dǎo)電性之間的折衷為大問題。并且，與離子和分子的平滑進入和離開相關(guān)的孔徑的控制是主要討論點。

3、作為中孔碳材料的一種制造方法，提出了模板法，其中通過將聚合物或單體注入到具有中孔的陶瓷模板中，進行熱處理以碳化，然后通過酸性或堿性處理去除陶瓷模板來制造中孔碳材料。通過模板法制造的中孔碳材料的優(yōu)點在于，分布有具有均勻尺寸的中孔，并且容易控制所有中孔的尺寸。然而，微結(jié)構(gòu)被精細控制(例如，由沸石或中孔二氧化硅形成)的模板難以批量生產(chǎn)，價格昂貴，在中孔碳材料制造之后使用氫氟酸來去除模板，因此，由于昂貴且繁瑣的工藝，難以批量生產(chǎn)中孔碳材料或使用中孔碳材料作為通用材料。

4、作為中孔碳材料的另一種制造方法，使用可移動模板法，其中通過將納米陶瓷顆粒與有機前體捏合、在適當溫度下進行熱處理以碳化、然后通過酸性或堿性處理去除陶瓷納米顆粒來制造中孔碳材料。在該方法中，可以使用具有均勻控制為幾納米至幾十納米的粒徑的陶瓷納米顆粒來制造相當于常規(guī)模板法的具有精確孔分布的中孔碳材料，并且已經(jīng)開發(fā)了進一步使用相對容易制造和去除的氧化鎂(mgo)、碳酸鈣(caco3)等顆粒以低價格大量生產(chǎn)中孔碳材料的另一制造方法，但是該方法具有粒徑稍微不均勻的缺點。在這種情況下，應(yīng)當考慮防止在材料制造期間由材料密度差異引起的顆粒分布(或由此引起的孔分布)不均勻的措施，例如使用比碳原材料更大量的用作模板的納米顆粒材料、使用表面活性劑以穩(wěn)定顆粒分散等。

5、最近，為了解決使用金屬氧化物的常規(guī)模板方法的缺點，采用使用兩親分子如表面活性劑或嵌段共聚物的自組裝的軟模板方法受到關(guān)注。就反應(yīng)物和產(chǎn)物(特別是液體物質(zhì))的平穩(wěn)進入和離開而言，預(yù)期具有中孔的催化劑載體適用于燃料電池電極催化劑，并且已報道其中燃料電池的性能通過催化劑載體改善的許多實例。已知用于燃料電池的催化劑載體的比表面積、孔徑、孔分布和孔形狀以及催化劑載體表面上的官能團(為了與催化劑物理和化學吸附)對催化劑的分散性和催化劑的活性具有影響，并且催化劑載體需要導(dǎo)電性、化學耐久性、機械強度等。

6、迄今為止，炭黑和具有各種類型的納米結(jié)構(gòu)的碳材料已經(jīng)用作用于燃料電池的催化劑載體，但是對于具有改善的電化學性能和增加的傳質(zhì)能力的催化劑仍存在未滿足的需求。

7、在該背景技術(shù)部分中所公開的上述信息僅用于增強對本公開的背景技術(shù)的理解，并且因此它可能包含并不形成在本國為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開是在致力于解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的上述問題時作出的，并且本公開的目的是提供用于燃料電池催化劑的透鏡狀多孔支撐體(support，載體)，當多孔支撐體用作載體以負載燃料電池催化劑時，其可以改善電化學性能并提高傳質(zhì)能力。

2、本公開的另一目的是提供用于燃料電池的催化劑的載體，該載體包括用于燃料電池催化劑的透鏡狀多孔支撐體。

3、本公開的又一個目的是提供用于燃料電池的電極，該電極包括用于燃料電池催化劑的透鏡狀多孔支撐體。

4、本公開的又一個目的是提供燃料電池，該燃料電池包括用于燃料電池催化劑的透鏡狀多孔支撐體。

5、本公開的再一個目的是提供用于燃料電池催化劑的透鏡狀多孔支撐體的制造方法。

6、在一個方面，本公開提供了用于燃料電池催化劑的多孔支撐體，該多孔支撐體包括規(guī)則布置的多個孔并且被構(gòu)造為具有橢圓形或凸透鏡形狀。

7、在優(yōu)選的實施方式中，孔的尺寸可以是5至50nm。

8、在另一個優(yōu)選的實施方式中，孔的形狀可以是圓柱形、橢圓柱形(ellipticalcolumnar?shape)、多棱柱形(polygonal?columnar?shape)以及它們的組合中的一種。

9、在又一個優(yōu)選的實施方式中，孔可以包括連通通道(communication?channel)，該連通通道被構(gòu)造為使得孔通過連通通道與其他孔連通。

10、在又一優(yōu)選實施方式中，連通通道的直徑可以是0.5至10nm。

11、在又一優(yōu)選的實施方式中，多孔支撐體的短軸長度可以是90至300nm，并且多孔支撐體的長軸長度可以是300至1,000nm。

12、在進一步優(yōu)選的實施方式中，多孔支撐體的表面可以是疏水改性的。

13、在另一方面，本公開提供了用于燃料電池的催化劑的載體，該載體包括用于燃料電池催化劑的多孔支撐體，多孔支撐體包括規(guī)則布置的多個孔并且被構(gòu)造為具有橢圓形或凸透鏡形狀。

14、在又一方面，本公開提供了用于燃料電池的電極，該電極包括用于燃料電池催化劑的多孔支撐體，該多孔支撐體包括規(guī)則布置的多個孔并且被構(gòu)造為具有橢圓形或凸透鏡形狀。

15、在又一方面，本公開提供了燃料電池，該燃料電池包括用于燃料電池催化劑的多孔支撐體，該多孔支撐體包括規(guī)則布置的多個孔并且被構(gòu)造為具有橢圓形或凸透鏡形狀。

16、在進一步的方面，本公開提供了用于燃料電池催化劑的多孔支撐體的制造方法，該制造方法包括通過混合兩親嵌段共聚物、均聚物、有機前體、有機溶劑和無機前體制備混合溶液，通過進行混合溶液的蒸發(fā)誘導(dǎo)自組裝(eisa)制備復(fù)合材料，以及通過熱處理復(fù)合材料形成多孔支撐體，其中多孔支撐體包括規(guī)則布置的多個孔并且被構(gòu)造為具有橢圓形或凸透鏡形狀。

17、在優(yōu)選的實施方式中，兩親嵌段共聚物可以包括選自由以下各項組成的組中的至少一種：聚(環(huán)氧乙烷)-b-聚(苯乙烯)，聚(環(huán)氧乙烷)-b-聚(甲基丙烯酸甲酯)，聚(異戊二烯)-b-聚(環(huán)氧乙烷)，聚(異戊二烯)-b-聚(苯乙烯)-b-聚(環(huán)氧乙烷)，聚(4-叔丁基苯乙烯)-b-聚(環(huán)氧乙烷)以及包括p123、f127和f108的商業(yè)普朗尼克(pluronic)嵌段共聚物。

18、在另一個優(yōu)選的實施方式中，無機前體可以包括選自由以下各項組成的組中的至少一種：硅醇化物(silicon?alkoxide)(sior4)、原硅酸四乙酯(teos)、三仲丁醇鋁和3-縮水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷(3-glycidoxylpropyl-trimethoxysilane)。

19、在又一優(yōu)選實施方式中，有機前體可包括選自由以下各項組成的組中的至少一種：苯酚、苯酚-甲醛、糠醇、間苯二酚-甲醛、醛(aldehyde)、蔗糖、葡萄糖、木糖、二乙烯基苯、丙烯腈、氯乙烯、乙酸乙烯酯、苯乙烯、甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸甲酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯、脲和三聚氰胺。

20、在又一優(yōu)選的實施方式中，兩親嵌段共聚物與均聚物的質(zhì)量比可以是1:3至1:10。

21、在又一優(yōu)選的實施方式中，兩親嵌段共聚物與無機前體的質(zhì)量比可以是1:2.5至1:5.5。

22、在進一步優(yōu)選的實施方式中，該制造方法可以還包括形成連通通道，并且在形成連通通道時，可以用堿性溶液或酸性溶液處理多孔支撐體，以形成連通通道，連通通道被構(gòu)造為使得多孔支撐體的孔通過連通通道與其他孔連通。

23、在另一個進一步優(yōu)選的實施方式中，該制造方法可以還包括疏水改性多孔支撐體的表面，并且在疏水改性多孔支撐體的表面中，在包含3.9％至20％(v/v％)的氫氣的氫氣(h2)/氬氣(ar)或氫氣(h2)/氮氣(n2)混合氣體氣氛中，在以1至5℃/分鐘的加熱速率升高多孔支撐體的溫度的同時，通過在700至1,000℃的溫度下熱處理多孔支撐體1至4小時疏水改性多孔支撐體的表面。

24、在又進一步優(yōu)選的實施方式中，該制造方法可以還包括使用用于回收的溶劑分離多孔支撐體。

25、在又一優(yōu)選的實施方式中，分離多孔支撐體可以還包括碳化分離的多孔支撐體。