[发明专利]一种具有纤维结构的电极材料与制备和应用

权利要求书

1.一种具有纤维结构的电极材料，其特征在于：其为直径是微米或亚微米结构的纳米纤维结构，直径尺寸范围为20至500nm，纤维结构中还包括孔径为纳米级的多孔结构，孔径尺寸范围为1至50nm；电极材料的孔隙率为20至80％。

2.按照权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述纳米纤维结构的直径优选范围为50nm至200nm，孔径尺寸优选范围为5nm-10nm；电极材料的孔隙率优选范围为50-75％。

3.按照权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述纳米纤维结构材料的构成组分包括电催化活性材料、具有离子传导功能的有机磷酸材料以及纺丝高分子材料，所述纺丝高分子材料和电催化活性材料构成纳米纤维的主体，交织后构成电极材料；所述镶嵌于主体上的有机磷酸材料构成纳米纤维的多孔结构，有机磷酸材料多孔结构孔径尺寸范围为1nm至50nm，孔隙率为40至60％。

4.按照权利要求1所述的电极材料，其特征在于：所述电催化活性材料包括铂和/或铂与铁、镍、钴、铜、金、银、钯中的任一一种或二种以上的合金；所述有机磷酸材料包括全氟磷酸聚合物、膦基聚羧酸、膦酸亚基聚羧酸、磷基杂多酸及它们三者中任一衍生物材料中的一种或二种以上；所述纺丝高分子材料包括聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的任一一种或二种以上。

5.按照权利要求1、2、3或4所述的电极材料，所述电催化活性材料和有机磷酸材料的质量比为10:1至1:1之间，优选范围为5:1至2:1之间；铂合金中铂与铁、镍、钴、铜、金、银、钯中任一一种或二种以上的合金中铂的质量比为5:1至1:5，优选范围为5:1至1:1之间；所述纺丝高分子材料与电催化活性材料的质量比为5:1至1:5之间。

6.一种权利要求1-5任一所述纤维结构电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤，

1)复合纺丝溶液制备：

将铂的前躯体，或铂的前躯体与铁、镍、钴、铜、金、银、钯的前躯体中的任一一种或两种以上按照物质的量之比为5:1至1:5溶于溶剂中，使得铂的质量浓度为0.1％至5％，充分溶解后备用；

将有机磷酸材料加入到上述溶液中，使有机磷酸材料质量浓度为0.1％至5％，搅拌2至48h，充分溶解均匀后待用；

将纺丝高分子加入到上述溶液中，使上述纺丝高分子质量浓度为1％至20％，在室温至60-80℃条件下充分溶解均匀后待用；

将上述复合溶液在持续搅拌的条件下，80至140℃持续反应2h至8h，冷却至室温并持续搅拌1至4h待用，得纺丝胶体溶液；

2)采用静电纺丝制备得纤维结构电极材料。

7.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

将上述步骤1)制备的纺丝胶体溶液置于纺丝注射装置的入口，进料速度为0.1至2mL/min，针头距离接收器为5至20cm，接收器材料为碳纤维、碳纸、碳布中的一种，纺丝电位为10至30kV，纺丝时间为10至600min；由此制得纤维结构电极材料。

8.按照权利要求6所述的制备方法，其特征在于：

所述铂的前躯体氯铂酸、醋酸铂、二亚硝基二氨合铂中的一种或二种以上；所述铁、镍、钴、铜、金、银、钯的前躯体分别为硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸铜、氯金酸、硝酸银、氯钯酸；所述溶剂为水、二甲基甲酰胺、甲醇、乙二醇或乙醇中的一种或二种以上；所述有机磷酸包括全氟磷酸聚合物、膦基聚羧酸、膦酸亚基聚羧酸、磷基杂多酸及它们三者中任一衍生物材料中的一种或二种以上；所述纺丝高分子为聚丙烯酸、聚环氧乙烯、聚乙烯吡咯烷酮中的一种或二种以上。

9.一种权利要求1-5任一所述纤维结构电极材料的在高温聚合物电解质膜燃料电池中的应用。