形狀受控的核殼型催化劑的制作方法
【專利摘要】用于燃料電池的催化性顆粒包括鈀納米顆粒核心及鉑殼。所述鈀納米顆粒核心與立方八面體相比具有增加面積的{100}或{111}表面。所述鉑殼位于所述鈀納米顆粒核心的外表面上。通過(guò)沉積鉑原子的原子級(jí)薄層從而覆蓋所述鈀納米顆粒的所述外表面的大部分來(lái)形成所述鉑殼。
【專利說(shuō)明】形狀受控的核殼型催化劑
[0001]背景
用于燃料電池的組合電極組件包括陽(yáng)極、陰極及位于陽(yáng)極與陰極之間的電解質(zhì)。在一個(gè)實(shí)例中，將氫氣進(jìn)料到陽(yáng)極，并且將空氣或純氧進(jìn)料到陰極。然而，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可使用其它類型的燃料及氧化劑。在陽(yáng)極，陽(yáng)極催化劑使氫分子分裂成質(zhì)子(H+)及電子(e_)。質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)到達(dá)陰極，而電子行經(jīng)外部電路到達(dá)陰極，從而產(chǎn)生電。在陰極，陰極催化劑使氧分子與來(lái)自陽(yáng)極的質(zhì)子及電子反應(yīng)而形成水，水被從系統(tǒng)除去。
[0002]陽(yáng)極催化劑及陰極催化劑通常包括鉬或鉬合金。鉬是高成本貴金屬。已經(jīng)實(shí)施許多工作來(lái)減少陰極中的鉬載量，以便降低制造成本。此外，已經(jīng)實(shí)施工作來(lái)改進(jìn)鉬氧還原陰極中的氧還原動(dòng)力學(xué)，以便提高燃料電池的效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]用于燃料電池的催化性顆粒包括鈀納米顆粒核心及鉬殼。鈀納米顆粒核心與立方八面體相比具有增加面積的{100}或{111}表面。鉬殼位于鈀納米顆粒核心的外表面上。通過(guò)沉積鉬原子的原子級(jí)薄層從而覆蓋鈀納米顆粒的大部分外表面來(lái)形成鉬殼。
[0004]附圖簡(jiǎn)述
圖1是具有催化劑層的燃料電池重復(fù)單元的透視圖。
[0005]圖2是具有富集的{100}結(jié)構(gòu)的用于圖1的催化劑中的核殼型催化性納米顆粒的放大截面圖。
[0006]圖3圖解說(shuō)明形成圖2的核殼型催化性納米顆粒的沉積過(guò)程。
[0007]圖4A-圖4D是具有富集的{100}結(jié)構(gòu)的核心納米顆粒在經(jīng)歷圖3的沉積過(guò)程時(shí)的示意圖。
[0008]圖5是具有富集的{111}結(jié)構(gòu)的核殼型催化性納米顆粒的放大截面圖。
[0009]圖6A-圖6D是具有富集的{111}結(jié)構(gòu)的核心納米顆粒在經(jīng)歷圖3的沉積過(guò)程時(shí)的示意圖。
[0010]發(fā)明詳述
本文中描述具有形狀受控的鈀核心及鉬殼的用于燃料電池中的催化劑納米顆粒。已經(jīng)在燃料電池的陽(yáng)極及陰極中使用鉬來(lái)促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)的速率。如下文進(jìn)一步描述，核殼型結(jié)構(gòu)降低材料成本并且改善氧還原反應(yīng)(ORR)的活性。鈀核心的形狀被控制為與立方八面體納米顆粒相比為{100}豐集的結(jié)構(gòu)或{111}富集的結(jié)構(gòu)。鉬殼通常順著鈀核心的表面，以便殼及所得的催化劑納米顆粒具有與鈀核心類似的結(jié)構(gòu)?？苫陔娊赓|(zhì)來(lái)選擇形狀受控的鈀核心，以便進(jìn)一步增加氧化還原反應(yīng)(ORR)的活性。
[0011]燃料電池使用一個(gè)或一個(gè)以上燃料電池重復(fù)單元將化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能。圖1圖解說(shuō)明一個(gè)實(shí)例性燃料電池重復(fù)單元10的透視圖，它包括組合電極組件(UEA) 12 (具有陽(yáng)極催化劑層(CL) 14、電解質(zhì)16、陰極催化劑層(CL) 18、陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層(GDL) 20及陰極氣體擴(kuò)散層(GDL) 22)、陽(yáng)極流場(chǎng)24及陰極流場(chǎng)26。燃料電池重復(fù)單元10可具有與陽(yáng)極流場(chǎng)24及陰極流場(chǎng)26相鄰的冷卻劑流場(chǎng)。冷卻劑流場(chǎng)未在圖1中圖解說(shuō)明。[0012]陽(yáng)極⑶L 20面對(duì)陽(yáng)極流場(chǎng)24且陰極⑶L 22面對(duì)陰極流場(chǎng)26。陽(yáng)極CL 14位于陽(yáng)極⑶L 20與電解質(zhì)16之間，且陰極CL 18位于陰極⑶L 22與電解質(zhì)16之間。通過(guò)已知技術(shù)結(jié)合在一起之后的這個(gè)組件稱為組合電極組件(UEA) 12。在一個(gè)實(shí)例中，燃料電池重復(fù)單元10是使用氫燃料(即，氫氣)及氧氧化劑(即，氧氣或空氣)的質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，燃料電池重復(fù)單元10可使用替代的燃料及/或氧化劑。
[0013]在操作中，陽(yáng)極GDL 20經(jīng)由陽(yáng)極流場(chǎng)24接受氫氣(H2)。含有催化劑(例如鉬)的陽(yáng)極CL 14使氫分子分裂成質(zhì)子(H+)及電子(e_)。質(zhì)子及電子行進(jìn)到陰極CL 18;質(zhì)子通過(guò)電解質(zhì)16到達(dá)陰極CL 18，而電子行經(jīng)外部電路28，從而產(chǎn)生電能。將空氣或純氧(O2)經(jīng)由陰極流場(chǎng)26供應(yīng)到陰極⑶L 22。在陰極CL 18，氧分子與來(lái)自陽(yáng)極CL 14的質(zhì)子及電子反應(yīng)而形成水(H2O),水隨后與過(guò)量的熱一起離開(kāi)燃料電池10。
[0014]電解質(zhì)16位于陽(yáng)極CL 14與陰極CL 18之間。電解質(zhì)16容許質(zhì)子及水移動(dòng)，但不傳導(dǎo)電子。來(lái)自陽(yáng)極CL 14的質(zhì)子及水可移動(dòng)穿過(guò)電解質(zhì)16到達(dá)陰極CL 18。電解質(zhì)16可為液體，例如磷酸；或固體膜，例如含有全氟磺酸(PFSA)的聚合物或離聚物。PFSA聚合物由碳氟化合物主鏈及附接有磺酸根基團(tuán)的短碳氟化合物側(cè)鏈構(gòu)成。實(shí)例性PFSA聚合物包括美國(guó)E.1.DuPont的Nafion?。電解質(zhì)16可分為吸收電解質(zhì)或非吸收電解質(zhì)。吸收電解質(zhì)包括但不限于硫酸及磷酸。非吸收電解質(zhì)包括但不限于PFSA聚合物及高氯酸。
[0015]陽(yáng)極CL 14與電解質(zhì)16的陽(yáng)極側(cè)相鄰。陽(yáng)極CL 14包括促進(jìn)燃料(即，氫)的電化學(xué)氧化的催化劑。用于陽(yáng)極CL 14的實(shí)例性催化劑包括碳負(fù)載的鉬原子以及下文用于陰極CL 18的核心殼催化劑納米顆粒。
[0016]陰極CL 18與電解質(zhì)16的陰極側(cè)相鄰，并且與陽(yáng)極CL 14相對(duì)。陰極CL 18包括促進(jìn)氧化劑(即，氧)的電化學(xué)還原的催化劑。陰極CL 18包括為電解質(zhì)16定制的核殼型催化劑納米顆粒。
[0017]圖2是具有核心32及鉬原子34的核殼型催化性納米顆粒30的放大截面圖。核心32由鈀或鈀合金形成。核心32是與立方八面體相比具有{100}富集結(jié)構(gòu)的納米顆粒。例如，核心32可具有大體上立方體形狀。立方體納米顆粒的大小由邊的長(zhǎng)度決定。在一個(gè)實(shí)例中，核心32的邊長(zhǎng)在約2納米與約50納米之間。
[0018]立方體納米顆粒由六個(gè){100}晶體平面約束。核心32可能不是完美的立方體。在一個(gè)實(shí)例中，核心32的至少約30%的表面是{100}表面。在另一個(gè)實(shí)例中，核心32的至少約50%的表面是{100}表面。在又一個(gè)實(shí)施例中，核心32的至少約70%的表面是{100}表面。
[0019]鉬原子34在核心32上形成原子級(jí)薄層或殼。鉬原子34基本上覆蓋核心32的整個(gè)外表面。在圖2中，鉬原子34在核心32上形成單層。然而，鉬原子34也可在核心32上形成雙層、三層或甚至簇?？墒褂勉f合金的原子代替鉬原子34。納米顆粒30與先前碳負(fù)載的鉬催化劑相比具有改善的針對(duì)氧還原的活性。此外，納米顆粒30的核殼型結(jié)構(gòu)降低鉬使用量，且由此降低材料成本。
[0020]鉬原子34原子級(jí)沉積在核心32上，因此由鉬原子34形成的鉬殼的晶體平面與核心32的基本上相同。即，所得的核殼型催化性納米顆粒30具有與核心32基本上相同的{100}富集結(jié)構(gòu)。核殼型催化性納米顆粒30可具有大體上立方體形狀?；蛘撸藲ば痛呋约{米顆粒30與立方八面體相比可具有增加數(shù)量的{100}表面。在一個(gè)實(shí)例中，核殼型催化性納米顆粒30的至少約30%的表面是{100}表面。S卩，以面積計(jì)，至少約30%的表面由{100}平面約束。在另一個(gè)實(shí)例中，核殼型催化性納米顆粒30的至少約50%的表面是{100}表面。在又一個(gè)實(shí)例中，核殼型催化性納米顆粒30的至少約70%的表面是{100}表面。具有富集的{100}結(jié)構(gòu)或立方體結(jié)構(gòu)的核殼型催化性納米顆粒30與吸收電解質(zhì)(例如硫酸及磷酸)一起使用，因?yàn)檫@些電解質(zhì)僅很弱地吸收在鉬的{100}表面上或不吸收在鉬的{100}表面上。
[0021]在燃料電池中，ORR活性部分地受電解質(zhì)16的類型及核殼型催化性納米顆粒30的形狀的組合的影響。在使用期間，電解質(zhì)16吸收在核殼型催化性納米顆粒30的表面上。在電解質(zhì)16吸收在該表面上之后，核殼型催化性納米顆粒30的表面位點(diǎn)不再可用于反應(yīng)且ORR活性降低。吸收強(qiáng)度取決于電解質(zhì)16的結(jié)構(gòu)及核殼型催化性納米顆粒30的表面或小平面的結(jié)構(gòu)。例如，磷酸及硫酸電解質(zhì)很弱地吸收在{100}表面上或不吸收在{100}表面上，因?yàn)檫@些電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)與{100}表面的結(jié)構(gòu)不匹配。相比之下，硫酸及磷酸電解質(zhì)強(qiáng)烈地吸收在{111}表面上。
[0022]催化性納米顆粒的形狀與電解質(zhì)16匹配改善鉬原子34的ORR活性。先前已經(jīng)在燃料電池中使用大體上立方八面體的催化性納米顆粒。立方八面體納米顆粒含有{100}表面和{111}表面的混合體。通常，立方八面體納米顆粒以面積計(jì)含有小于15%的{100}表面。與立方八面體相比，核殼型催化性納米顆粒30以面積計(jì)含有更多量的{100}表面。在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將具有鈀核心及鉬單層的立方八面體催化性納米顆粒與具有{100}富集的結(jié)構(gòu)的核殼型催化性納米顆粒30進(jìn)行比較。使用0.5M硫酸溶液作為電解質(zhì)。立方八面體催化性納米顆粒在0.9 V下具有0.05 mA/cm2的比活性。核殼型催化性納米顆粒30在0.9 V下具有0.1 mA/cm2的比活性。核殼型催化性納米顆粒30的{100}富集結(jié)構(gòu)導(dǎo)致在使用吸收電解質(zhì)(即，硫酸)的情況下活性增強(qiáng)兩倍。
[0023]核殼型催化性納米顆粒30可通過(guò)圖3的方法38形成，所述方法包括通過(guò)欠電勢(shì)(underpotential)沉積將銅沉積在鈕核心上(步驟40),及用鉬置換或代替銅以便形成圖
2的核殼型催化性納米顆粒30 (步驟42)。
[0024]欠電勢(shì)沉積是在比反應(yīng)熱力學(xué)電勢(shì)正的電勢(shì)下使一個(gè)或兩個(gè)金屬單層沉積到另一種金屬的表面上的電化學(xué)過(guò)程。在方法38中，僅一個(gè)銅單層沉積在鈀核心上。在熱動(dòng)力學(xué)上，因?yàn)殂~的逸出功低于鈀納米顆粒，所以發(fā)生欠電勢(shì)沉積。
[0025]在步驟40中，銅作為銅原子的連續(xù)或半連續(xù)單層沉積在鈀核心上。在一個(gè)實(shí)例中，將沉積在導(dǎo)電襯底上的鈀核心置于氬飽和的由0.05 M CuSO4 + 0.05 M H2SOji成的溶液中，并且將電勢(shì)控制在0.1 V (對(duì)Ag/AgCl，3M)，保持5分鐘，導(dǎo)致銅欠電勢(shì)沉積在鈀核心上。
[0026]接下來(lái)，在步驟42中，通過(guò)代替銅原子使鉬沉積在鈀核心上，并且形成圖2的核殼型催化性納米顆粒30。經(jīng)由氧化還原反應(yīng)，鉬原子替代鈀核心上的銅原子。例如，可將鈀核心與含有鉬鹽的水溶液混合。在具體實(shí)例中，鉬溶液是氬飽和的2 mM PtK2Cl4 + 0.05 MH2S04。如方程式(I)中所示，溶液中的鉬離子自發(fā)地被銅還原，并且鉬置換鈀核心上的銅。
[0027](I) Cu + Pt2+ — Pt + Cu2+
鉬原子作為原子級(jí)薄層沉積在鈀核心上。在一個(gè)實(shí)例中，原子級(jí)薄層是鉬單層。鉬單層大體上覆蓋鈀核心。然而，鈀核心的一些部分可能未被覆蓋。重復(fù)步驟40及42，包括銅原子的欠電勢(shì)沉積及用鉬替代銅，導(dǎo)致附加的鉬層沉積在鈀核心上。例如，可通過(guò)實(shí)施步驟40及42兩次在鈀核心上形成雙層鉬原子，并且可通過(guò)實(shí)施步驟40及42三次以形成三層鉬原子。
[0028]圖4A-圖4D圖解說(shuō)明經(jīng)歷方法38時(shí)的核心32。圖4A圖解說(shuō)明在該方法開(kāi)始時(shí)的核心32。如上文所述，核心32是由鈀或鈀合金形成的納米顆粒。在一個(gè)實(shí)例中，核心32的邊長(zhǎng)在約2納米與約50納米之間。核心32與立方八面體相比具有{100}富集結(jié)構(gòu)。SP，以面積計(jì)，核心32比立方八面體具有更多的{100}表面。在一個(gè)實(shí)例中，以面積計(jì)，核心32含有至少約30%的{100}表面。在另一個(gè)實(shí)例中，以面積計(jì)，核心32含有至少約50%的{100}表面。在又一個(gè)實(shí)例中，以面積計(jì)，核心32含有至少約70%的{100}表面。
[0029]銅原子44通過(guò)欠電勢(shì)沉積而沉積在核心32上，以便形成圖4B中所示的結(jié)構(gòu)。一個(gè)銅原子44吸收在位于核心32的表面上的每個(gè)鈀原子上。銅原子44在核心32上形成原子級(jí)薄層，例如單層。所得的覆蓋銅的納米顆粒具有與核心32基本上相同的表面或晶格平面。
[0030]在圖4C中，將鉬離子34i (即，鉬鹽形式)與圖4B的覆蓋銅的納米顆粒混合。鉬離子34i自發(fā)地由銅原子44還原，并且鉬原子34置換核心32上的銅原子44。鉬原子34在核心32上形成原子級(jí)薄層。在一個(gè)實(shí)例中，鉬原子34在核心32上形成單層。鉬原子34在核心32上形成具有與核心32基本上相同的表面或結(jié)構(gòu)的殼。因此，核殼型催化性納米顆粒30具有與核心32大體上類似的{100}富集結(jié)構(gòu)。由于鉬原子34是原子級(jí)沉積的，因此核殼型催化性納米顆粒30的晶格平面與核心32基本上類似。
[0031]如上文所述，當(dāng)電解質(zhì)16是吸收電解質(zhì)(例如硫酸及磷酸)時(shí)，使用具有{100}富集結(jié)構(gòu)或大體上立方體形狀的核殼型催化性納米顆粒30。當(dāng)電解質(zhì)16是非吸收電解質(zhì)(例如PFSA聚合物或高氯酸)時(shí)，使用具有{111}富集結(jié)構(gòu)的核殼型催化性納米顆粒。
[0032]圖5是包括核心132及鉬原子134的核殼型催化性納米顆粒130的截面圖。核心132由鈀或鈀合金形成，而且是納米顆粒。核心132的大小由邊的長(zhǎng)度決定。在一個(gè)實(shí)例中，核心132的邊長(zhǎng)在約2納米與約50納米之間。
[0033]核心132與立方八面體相比是{111}富集結(jié)構(gòu)。即，以面積計(jì)，核心132比立方八面體具有更大量的{111}表面。在一個(gè)實(shí)例中，以面積計(jì)，至少約50%的核心132是{111}表面。在另一個(gè)實(shí)例中，以面積計(jì)，至少約70%的核心132是{111}表面。在又一個(gè)實(shí)例中，核心132是四面體或八面體，其中，核心132的所有表面均為{111}表面。
[0034]鉬原子134在核心132上形成原子級(jí)薄層或殼。鉬原子134基本上覆蓋核心132的整個(gè)外表面。在圖2中，鉬原子134在核心132上形成單層。然而，鉬原子134也可在核心132上形成雙層、三層或甚至簇。此外，可使用鉬合金的原子代替鉬原子134。
[0035]根據(jù)上文給出的方法38，將鉬原子134原子級(jí)沉積在核心132上。如上文所述，由于鉬原子134是原子級(jí)沉積的，因此鉬原子134形成與核心132基本上相同的表面。因此，核殼型催化性納米顆粒130具有與核心132類似的{111}富集結(jié)構(gòu)。納米顆粒130的核殼型結(jié)構(gòu)降低鉬使用量，且由此降低材料成本。此外，當(dāng)使用非吸收性電解質(zhì)時(shí)，核殼型納米顆粒130與先前碳負(fù)載的鉬催化劑相比具有增強(qiáng)的針對(duì)氧還原的活性。這最可能是由于在沒(méi)有被吸附物的情況下{111}表面的內(nèi)在活性比{100}表面更具活性。
[0036]圖6A-圖6D圖解說(shuō)明經(jīng)過(guò)方法38時(shí)的核心132。在圖6A中，核心132是由八個(gè){111}表面組成的八面體。如上文所討論，核心132是{111}富集的鈀或鈀合金結(jié)構(gòu)，并且可能不是完美的八面體或四面體。與立方八面體相比，核心132的更多表面積由{111}晶體平面約束。在一個(gè)實(shí)例中，以面積計(jì)，核心132的至少約50%的表面是{111}表面(即，由{111}表面約束的表面)。在另一個(gè)實(shí)例中，以面積計(jì)，核心132的至少約70%的表面是{111}表面。
[0037]在圖6B中，銅原子144沉積在核心132的外表面上。銅原子144大體上順著核心132的外表面。銅原子144實(shí)質(zhì)上覆蓋核心132的整個(gè)外表面。所得的覆蓋銅的納米顆粒由與核心132類似的平面約束。
[0038]在圖6C中，使鉬離子134i與圖6B的納米顆?；旌稀ｃ~原子144還原鉬離子134i，并且鉬原子134置換核心132上的銅原子144。
[0039]在圖6D中，所有銅原子144已經(jīng)由鉬原子134置換而形成核殼型納米顆粒130。鉬原子134在核心132上形成原子級(jí)薄層，例如單層。由于鉬原子134是原子級(jí)沉積，因此鉬原子134大體上順著核心132的外表面。此外，所得的核殼型催化性納米顆粒130由與核心132基本上相同的平面約束。在一個(gè)實(shí)例中，以面積計(jì)，核殼型催化性納米顆粒130的50%或更多的表面是{111}表面。在另一個(gè)實(shí)施例中，以面積計(jì)，核殼型催化性納米顆粒130的70%或更多的表面是{111}表面。
[0040]如上文所討論，當(dāng)電解質(zhì)16是非吸收電解質(zhì)(例如PFSA聚合物及高氯酸(HClO4))時(shí)，使用具有{111}富集結(jié)構(gòu)的核殼型催化性納米顆粒130。
[0041]在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，將具有鈀核心及鉬殼的立方八面體核殼型催化劑顆粒與核殼型催化性納米顆粒30及核殼型催化性納米顆粒130進(jìn)行比較。使用0.1 M HClO4溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。立方八面體核殼型催化劑顆粒在0.9 V下具有0.8 A/mg Pt的鉬質(zhì)量活性。具有立方體結(jié)構(gòu)的核殼型催化性納米顆粒30及具有八面體結(jié)構(gòu)的核殼型催化性納米顆粒130在0.9V下分別具有0.6 A/mg Pt及2.2 A/mg Pt的鉬質(zhì)量活性。該結(jié)果顯示,具有非吸收電解質(zhì)及具有{111}富集結(jié)構(gòu)的核殼型催化性納米顆粒的燃料電池與其它核殼型催化性納米顆粒相比具有較高的ORR活性。具體地，當(dāng)與非吸收電解質(zhì)一起使用時(shí)，具有{111}富集結(jié)構(gòu)(即，八面體結(jié)構(gòu))的納米顆粒比{100}富集結(jié)構(gòu)及立方八面體具有更高的質(zhì)量活性。
[0042]盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施方案描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可在不背離本發(fā)明精神及范圍的情況下在形式及細(xì)節(jié)上作改動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于燃料電池的催化性顆粒，所述催化性顆粒包括: 鈀納米顆粒核心，與立方八面體相比，其具有更大的{100}或{111}表面的表面積；及 位于所述鈀納米顆粒核心的外表面上的鉬殼，其通過(guò)沉積鉬原子的原子級(jí)薄層而形成并且覆蓋所述鈀納米顆粒的所述外表面的大部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化性顆粒，其中，以面積計(jì)，所述鈀納米顆粒核心含有至少30%的{100}表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化性顆粒，其中，以面積計(jì)，所述鈀納米顆粒核心含有至少50%的{100}表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化性顆粒，其中，以面積計(jì)，所述鈀納米顆粒核心含有至少70%的{100}表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化性顆粒，其中，以面積計(jì)，所述鈀納米顆粒核心含有至少50%的{111}表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的催化性顆粒，其中，以面積計(jì)，所述鈀納米顆粒核心含有至少70%的{111}表面。
7.一種用于燃料電池的組合電極組件(UEA)，所述UEA包括: 陽(yáng)極電極； 陰極電極； 位于所述陰極電極與所述陽(yáng)極電極之間的電解質(zhì)；及 催化性顆粒，其位于所述電解質(zhì)與所述陽(yáng)極電極及所述陰極電極中的一者之間，所述催化性顆粒包括: 鈀核心，與立方八面體相比，其為{100}富集結(jié)構(gòu)或{111}富集結(jié)構(gòu) '及 鉬原子的原子級(jí)薄層，其覆蓋所述鈀核心的大部分外表面以便形成殼，所述殼具有與其所覆蓋的所述外表面相同的晶體平面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的UEA，其中，所述電解質(zhì)是吸收電解質(zhì)且所述鈀核心是所述{100}富集結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的UEA，其中，以面積計(jì)，結(jié)合所述鈀核心的表面中的至少約30%是{100}表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的UEA，其中，以面積計(jì)，結(jié)合所述鈀核心的表面中的至少約50%是{100}表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的UEA，其中，以面積計(jì)，結(jié)合所述鈀核心的表面中的至少約70%是{100}表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的UEA，其中，所述吸收電解質(zhì)選自包括硫酸電解質(zhì)及磷酸電解質(zhì)的組。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的UEA，其中，所述電解質(zhì)是非吸收電解質(zhì)且所述鈀核心是所述{111}富集結(jié)構(gòu)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的UEA，其中，以面積計(jì)，結(jié)合所述鈀核心的表面中的至少約50%是{111}表面。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的UEA，其中，以面積計(jì)，結(jié)合所述鈀核心的表面中的至少約70%是{111}表面。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的UEA，其中，所述非吸收電解質(zhì)選自全氟磺酸聚合物及高氯酸電解質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求7所述的UEA，其中，所述鉬原子原子級(jí)沉積在所述鈀核心上。
18.一種用于燃料電池的組合電極組件(UEA)，所述UEA包括: 陽(yáng)極電極； 陰極電極； 位于所述陰極電極與所述陽(yáng)極電極之間的電解質(zhì)；及 催化性顆粒，其位于所述電解質(zhì)與所述陽(yáng)極電極及所述陰極電極中的一者之間，所述催化性顆粒包括: 鈀納米顆粒核心，其具有以面積計(jì)至少30%的{100}表面或以面積計(jì)至少50%的{111}表面；及 鉬原子的原子級(jí)薄層，其覆蓋所述鈀核心的大部分外表面以便形成殼，所述殼具有與其所覆蓋的所述外表面相同的晶體平面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的UEA，其中，所述電解質(zhì)是吸收電解質(zhì)，并且，所述鈀核心具有以面積計(jì)至少30%的{100}表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求18 所述的UEA，其中，所述電解質(zhì)是非吸收電解質(zhì)，并且，所述鈀核心具有以面積計(jì)至少50%的{111}表面。
【文檔編號(hào)】B01J23/44GK103748719SQ201180071554
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月18日
【發(fā)明者】M.邵 申請(qǐng)人:聯(lián)合工藝公司