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日本同志社大学一直在开发内核使用价格仅为铂的约一半的钯(Pd)的核壳催化剂。此前利用“Cu-UPD(欠电位沉积)”法,一次只能制造几十μg,而现在开发出了可大量合成的改良型Cu-UPD法(图4)。新方法非常简单,首先,把在碳(C)上附着有钯微粒的Pd/C粉末加入酸性硫酸铜水溶液;其次,在水溶液中放入网状铜(Cu)并进行搅拌,铜会附着在钯表面;然后捞出铜并添加K2PtCl4(氯亚铂酸钾),钯表面的铜就会被置换成铂。
用这种方法获得的核壳催化剂比市售的普通Pt/C催化剂活性高。还有一点令人颇感兴趣的是,对核壳催化剂实施电位循环试验后,活性进一步提高。同志社大学认为,刚制造出来的核壳催化剂的钯内核形状为椭圆形,其表面的铂层并未将其完全覆盖。在之后的耐久性试验中,钯内核有部分溶出,使其形状接近完美的球形,同时,铂反复发生氧化还原反应重新排列,将内核表面完全包覆住。这种现象使催化剂活性大大提高。实际上也已确认,在耐久性试验之后,核壳催化剂的粒径减小,钯所占的比例也降低。
同志社大学正在讨论进一步降低成本的方法,比如在钯中添加廉价的材料,或者内核采用价格比钯更便宜、每克仅约4元的银。
在碳中添加微量氮制作催化剂
为实现终极的铂用量削减,完全不使用铂等贵金属的新型催化剂也在开发之中。其中,东京工业大学正在帝人、旭化成化学和东芝燃料电池系统等企业的协助下,开发“碳合金催化剂”。这种催化剂的主要成分是碳(C),其中添加了百分之几的氮(N)原子等。其详细机制并未公布,据称,虽然没有使用贵金属,但是是一种具备氧还原活性的独特材料。如果能实现实用,有望大幅削减催化剂的成本。
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