Электрокатализатор восстановления кислорода, содержащий его топливный элемент и способ получения электроэнергии

Электрокатализатор восстановления кислорода, содержащий его топливный элемент и способ получения электроэнергии

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к покрытым золотом частицам платины, применимым в качестве электрокатализаторов для топливных элементов, к топливным элементам, содержащим эти электрокатализаторы, и способам получения электроэнергии с их использованием.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

"Топливный элемент" представляет собой устройство, в котором химическая энергия превращается в электрическую энергию. В типичном топливном элементе газообразное горючее, такое как водород, подают на анод (отрицательный электрод), тогда как окислитель, такой как кислород, подают на катод (положительный электрод). Окисление горючего на аноде вызывает отрыв электрона от топлива (водорода) в электропроводящий внешний контур, который соединяет анод и катод. В свою очередь окислитель восстанавливается на катоде, присоединяя электроны, предоставленные окисленным горючим (водородом).

Электрический контур (электрическая цепь) замыкается потоком ионов через электролит, что способствует химическому взаимодействию между электродами. Обычно электролит бывает в виде протонпроводящей полимерной мембраны. Протонпроводящая мембрана разделяет анодное и катодное пространство, в то же время обеспечивает ток протонов между ними. Общеизвестным примером такой протонпроводящей мембраны является NAFION®.

Хотя топливный элемент имеет компоненты и характеристики, аналогичные компонентам и характеристикам типичной батареи, в некоторых отношениях он от батареи отличается. Батарея представляет собой устройство для хранения энергии, фактическая энергия которого определяется количеством химического реагента, хранящегося внутри самой батареи. Батарея прекращает вырабатывать электрическую энергию, когда израсходуется запас химических реагентов. Напротив, топливный элемент представляет собой устройство для превращения энергии, которое, теоретически, способно вырабатывать электрическую энергию до тех пор, пока на электроды подаются горючее и окислитель.

В водородно-кислородном топливном элементе водород подается на анод, а кислород подается на катод. Молекулы водорода окисляются, образуя протоны и высвобождая электроны во внешний контур. Молекулы кислорода восстанавливаются на катоде с образованием восстановленных кислородных частиц. Протоны проходят через протонпроводящую мембрану в катодное пространство, реагируют с восстановленными кислородными частицами, при этом образуется вода. Реакции в типичном водородно-кислородном топливном элементе представлены ниже:

Анод:

Катод:

Суммарная реакция:

Во многих системах топливных элементов водородное горючее получают, превращая углеводородное топливо, такое как метан, или окисленное углеводородное топливо, такое как метанол, в водород в процессе, называемом "риформингом". Процесс риформинга обычно включает реакцию такого топлива с водой с одновременной подачей тепла. По этой реакции получают водород. В процессе преобразования получение водорода сопровождается образованием побочных продуктов - диоксида углерода и монооксида углерода.

Другие топливные элементы, известные как "прямые" или "unrefbrmed" (в отсутствие стадии риформинга) топливные элементы, непосредственно окисляют топливо (горючее) с высоким содержанием водорода. Например, в последнее время стало известно, что низшие первичные спирты, в частности метанол, можно окислять прямым окислением. Вследствие выгоды, которую дает отсутствие (пропуск) стадии риформинга, много усилий затрачено на разработку так называемых топливных элементов "прямого окисления метанола".

Для того чтобы реакции окисления и восстановления протекали в топливном элементе с подходящими скоростями и при нужных потенциалах, требуются электрокатализаторы. Электрокатализаторы представляют собой катализаторы, которые поддерживают (стимулируют) скорости электрохимических реакций и тем самым позволяют топливным элементам работать при более низких потенциалах. Соответственно, в отсутствие электрокатализатора типичная реакция на электроде идет, если вообще идет, только при очень высоких значениях потенциалов. Благодаря высоким каталитическим характеристикам платины платина и ее сплавы предпочтительны в качестве электрокатализаторов на анодах и катодах топливных элементов.

Однако заметным препятствием для серийного производства топливных элементов является недостаточная стабильность платиновых электрокатализаторов на катоде при работе топливного элемента. Обычно при работе топливного элемента катодный потенциал варьируется примерно между 0.5 и 1.1 В. Это изменение катодного потенциала часто вызывается колебаниями мощности, потребляемой устройством, работающим от теплового элемента. Например, в случае автомобиля, работающего от теплового элемента, требуются остановка и пуск.

При повышенных катодных потенциалах, около одного вольта, часть платинового электрокатализатора имеет тенденцию окисляться, тем самым вызывая сопутствующее растворение ионов платины. Ионы платины способны мигрировать, по меньшей мере, до протонпроводящей мембраны. Переход водорода с анода через протонпроводящую мембрану вызывает последующее восстановление ионов платины в наночастицы платины.

Следовательно, платина уходит (истощается) с катода, и в то же время накопление платины на протонпроводящей мембране затрудняет транспорт водорода к катоду. Эти эффекты являются причиной снижения эффективности топливного элемента.

Другой проблемой существующей технологии электрокатализаторов является высокая нагрузка платины в катодах топливных элементов. Так как платина является драгоценным металлом с высокой стоимостью, высокая нагрузка платины оборачивается высокой стоимостью производства. Поэтому делались попытки уменьшить количество платины в электрокатализаторах.

Наночастицы платины изучались в качестве электрокатализаторов. См., например, патенты США 6007934, выданный Auer et al.; и 4031292, выданный Hervert.

Также изучались наночастицы сплава платины с палладием. См., например, патент США No. 6232264; Solla-Gullon, J., et al, "Electrochemical And Electrocatalytic Behaviour Of Platinum-Palladium Nanoparticle Alloys", Electrochem. Commun., 4, 9: 716 (2002); и Holmberg, К., "Surfactant-Templated Nanomaterials Synthesis", J. Colloid Interface Sci., 274: 355 (2004).

Изучались другие композиции платиновых сплавов. Например, в патенте США No. 5759944, выданном Buchanan et al., раскрываются композиции электрокатализаторов из сплавов платины с никелем и платины с никелем и золотом.

Нигде в материалах уровня техники, обсуждавшихся выше, не раскрываются платиновые электрокатализаторы или электрокатализаторы из других благородных металлов, устойчивые к окислению и растворению под действием топливных элементов. Все еще существует необходимость в новых электрокатализаторах, обладающих такой устойчивостью, особенно потому, что такие электрокатализаторы могли бы способствовать промышленному внедрению топливных элементов. Настоящее изобретение относится к таким электрокатализаторам.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном варианте изобретение относится к частицам, имеющим ядро из подходящего благородного металла или сплава металла (например, платины), по меньшей мере, частично инкапсулированного во внешнюю оболочку из золота. Эти покрытые золотом частицы применимы, среди прочего, в качестве электрокатализаторов восстановления кислорода в топливных элементах.

Предпочтительно внешняя золотая оболочка имеет атомарную толщину, например атом(ар)ный субмонослой, монослой, бислой, трислой атомов золота или их комбинацию.

В одном варианте изобретения внешняя оболочка состоит исключительно из золота. В другом варианте изобретения внешняя оболочка состоит из золота с одним или более легирующих металлов.

В особенно предпочтительном варианте изобретения атом(ар)ный субмонослой из атомов золота включает атом(ар)ный субмонослой одного или более легирующих металлов с образованием монослоя сплава золота. Один или более легирующих металлов предпочтительно представляют собой один или более переходных металлов. Более предпочтительно один или более легирующих металлов во внешней золотой оболочке выбирают из палладия (Pd), платины (Pt), рутения (Rh), рения (Re), иридия (Ir) и осмия (Os).

Ядро состоит из любого металла или из комбинации металлов, которые обладают электрокаталитической активностью в реакции восстановления кислорода. Более предпочтительно ядро состоит из одного или более переходных металлов, обладающих электрокаталитической активностью в реакции восстановления кислорода. Более предпочтительно ядро состоит из одного металла или из комбинации благородных металлов, в особенности таких, которые выбирают из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия.

В одном варианте изобретения ядро состоит из единственного подходящего металла. Например, ядро может состоять из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения или осмия.

В другом варианте изобретения ядро содержит композицию из металлического сплава. Например, ядро может включать сплав, состоящий из двух или трех благородных металлов, например платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия. Ядро может также включать сплав, состоящий из одного или более благородных металлов в сочетании с одним или более металлов, выбранных из переходных металлов первого ряда. Более предпочтительно один или более переходных металлов первого ряда выбирают из никеля (Ni), кобальта (Со), железа (Fe) и меди (Cu); и еще более предпочтительно из никеля, кобальта и железа.

В одном варианте изобретения такое ядро из сплава является гомогенным. В гомогенном ядре один или более легирующих металлов равномерно распределяются в ядре на молекулярном уровне.

В другом варианте изобретения такое ядро из сплава является гетерогенным. В предпочтительном варианте изобретения гетерогенное ядро включает внутреннее субъядро, которое, по меньшей мере, частично инкапсулировано во внешнюю субоболочку. Состав внутреннего субъядра отличается от состава внешней субоболочки. Внешняя субоболочка связана с внешней оболочкой из золота или золотого сплава. Между внутренним субъядром и внешней субоболочкой может находиться любое число дополнительных субоболочек.

В одном варианте изобретения внутреннее субъядро и внешняя субоболочка, независимо, состоят из одного или более металлов, выбранных из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия. Например, ядро может включать платиновое субъядро, инкапсулированное во внешнюю оболочку из палладия, рения, родия, иридия или рутения; палладиевое субъядро, инкапсулированное во внешнюю оболочку из платины, рения, родия, иридия или рутения; золотое субъядро, инкапсулированное во внешнюю оболочку из платины, палладия, рения, родия, иридия или рутения; и т.д.

В другом варианте изобретения внутреннее субъядро состоит из одного или более металлов, выбранных из переходных металлов первого ряда и более предпочтительно из железа, кобальта, никеля и меди. Это внутреннее субъядро, по меньшей мере, частично инкапсулировано во внешнюю субоболочку, состоящую из одного или более благородных металлов и более предпочтительно из одного или более металлов, выбранных из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия.

В предпочтительном варианте изобретения внешняя субоболочка в таком гетерогенном ядре имеет атомарную толщину. Например, внешняя субоболочка может представлять собой атом(ар)ный субмонослой, монослой, бислой, трислой или их комбинацию.

При применении в качестве электрокатализаторов топливных элементов покрытые золотой оболочкой частицы предпочтительно являются наночастицами. Предпочтительно минимальный размер наночастиц составляет около 3 нанометров, а максимальный размер составляет около 10 нанометров. Наиболее предпочтительно размер наночастиц составляет около 5 нанометров.

Частицы могут иметь любую подходящую форму. Например, частицы могут быть в виде порошка или же в виде суспензии или дисперсии в жидкой фазе.

В другом варианте изобретение относится к каталитической композиции, которая включает покрытые золотой оболочкой частицы по описанию выше. В предпочтительном варианте изобретения частицы с золотой оболочкой связаны с подложкой (носителем). В других вариантах изобретения покрытые золотой оболочкой частицы катализатора не связаны с подложкой (носителем).

Подложка (носитель) может представлять собой любую подходящую подложку (носитель). Например, носитель может являться углеродным носителем, оксидом алюминия, оксидом кремния, оксидом кремния-алюминия, оксидом титана, оксидом циркония, карбонатом кальция, сульфатом бария, цеолитом, глинистым цементом и т.п.

Другой вариант изобретения относится к композициям электрокатализаторов. В композициях электрокатализаторов частицы с золотой оболочкой предпочтительно связаны с электропроводной подложкой (носителем). В другом варианте изобретения электрокатализатор находится на подходящем электроде, например, на восстанавливающем кислород катоде.

Некоторые электропроводные подложки (носители) включают любую электропроводную углеродную подложку, например сажу, графитизированный уголь, графит и активированный уголь.

В другом варианте изобретение относится к способу восстановления газообразного кислорода. В одном варианте изобретения способ использует частицы по описанию выше на подходящем электроде для восстановления газообразного кислорода. Частицы могут быть без подложки или могут быть связаны с подложкой при восстановлении газообразного кислорода.

В другом варианте изобретение относится к топливному элементу. В топливном элементе катод - восстановитель кислорода содержит покрытые золотой оболочкой частицы, связанные с электропроводной подложкой (носителем). Топливный элемент содержит другие элементы, типичные для топливного элемента, например анод, ионпроводящий электролит и электрический контакт между анодом и катодом. Более предпочтительно ионпроводящий электролит является протонпроводящим электролитом и еще более предпочтительно твердым протонпроводящим электролитом, таким как протонпроводящая мембрана.

В способе получения электроэнергии восстанавливающий кислород катод топливного элемента контактирует с окислителем, таким как кислород, тогда как анод топливного элемента контактирует с источником горючего. Некоторые рассматриваемые источники горючего включают, например, газообразный водород и спирты. Некоторые примеры подходящих спиртов включают метанол и этанол. Примеры других топлив включают метан, бензин, муравьиную кислоту, диметиловый эфир и этиленгликоль. Топливо может быть нериформируемое или риформируемое.

Результатом настоящего изобретения является то, что платину в электрокатализаторах восстановления кислорода в топливных элементах можно предохранить (защитить) от окисления и растворения, тем самым сохраняя эффективность таких топливных элементов. Изобретение также предусматривает возможность обеспечить такую защиту при снижении нагрузки платиной и повышении каталитической активности в реакции восстановления кислорода.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фигура 1. Сравнение активности покрытых золотой оболочкой платиновых частиц электрокатализаторов на угле (Au_ML/Pt/C, где ML = монослой) в реакции восстановления кислорода при 1600 оборотов/мин до и после 10000 циклов от 0.7 до 0.9 вольт при частоте колебаний 10 мВ/с.

Фигура 2. Сравнение окисления покрытых золотой оболочкой платиновых частиц электрокатализаторов на угле (Au_ML/Pt/C, где ML = монослой) до и после 10000 циклов от 0.7 до 0.9 вольт при частоте колебаний 10 мВ/с.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В одном аспекте изобретение относится к покрытым золотой оболочкой частицам, обладающим электрокаталитической активностью в реакции восстановления кислорода. Покрытые золотой оболочкой частицы содержат ядро из металла, которое, по меньшей мере, частично инкапсулировано во внешнюю оболочку из золота или золотого сплава.

В предпочтительном варианте изобретения внешняя оболочка из золота покрывает или инкапсулирует всю поверхность металлического ядра. В другом варианте изобретения внешняя золотая оболочка покрывает часть металлического ядра, т.е. частично инкапсулирует ядро из металла. Например, внешняя оболочка из золота может характеризоваться как взаимосвязанные золотые островки с некоторыми областями, в которых толщина слоя является моноатомной, двухатомной или трехатомной.

Предпочтительно, по меньшей мере, часть атомов золота на внешней оболочке находится в нульвалентном состоянии окисления, тогда как остальные атомы золота имеют заряд. Более предпочтительно основная часть атомов золота, а еще более предпочтительно все атомы золота находятся в нульвалентном состоянии окисления.

Золотая внешняя оболочка может быть любой подходящей толщины. Предпочтительно золотая внешняя оболочка является тонкой атомарной оболочкой. Толщина такой тонкой атомарной внешней оболочки из золота составляет, например, до нескольких слоев атомов золота. Более предпочтительно толщина такой тонкой атомарной внешней оболочки из золота составляет слой атомов золота субмоноатомной, двухатомной или трехатомной толщины или их комбинаций.

Золотая внешняя оболочка моноатомной толщины, т.е. атомный монослой, является единственным слоем плотноупакованных атомов золота. Можно сказать, что показатель упаковки (атомов) поверхности в атомном монослое равен 1.

Золотая внешняя оболочка субмоноатомной толщины, т.е. атомный субмонослой, представляет собой слой атомов золота с меньшей плотностью, чем атомный монослой (т.е. не плотноупакованный). Следовательно, можно сказать, что показатель упаковки (атомов) поверхности в атомном субмонослое ниже 1. Например, показатель упаковки (атомов) поверхности 0.5 указывает на половину плотности атомов золота по сравнению с золотым атомным монослоем.

Золотая внешняя оболочка двухатомной толщины представляет собой атомный бислой (толщиной в два атома) атомов золота. Соответственно, слой трехатомной толщины представляет собой атомный трислой (толщиной в три атома) атомов золота.

В одном варианте изобретения внешняя оболочка состоит исключительно из золота, например из золота, не содержащего одного или более легирующих металлов. Например, атомный субмонослой, монослой, бислой, трислой или слой золота большей толщины может состоять исключительно из атомов золота.

В одном варианте изобретения внешняя оболочка состоит из золота, содержащего один или более легирующих металлов. Например, внешняя оболочка может представлять собой атомный субмонослой, монослой, бислой, трислой или слой большей толщины, состоящий из золота и одного или более других легирующих металлов.

В предпочтительном варианте изобретения монослой из золотого сплава состоит из субмонослоя из золота в комбинации с субмонослоем из одного или более подходящих металлов. Один или более других металлов (т.е. легирующих металлов) в таком монослое золотого сплава предпочтительно устойчивы к потенциалам окисления и к коррелирующей среде топливного элемента. Легирующие металлы можно выбирать, например, из металлов главной группы, переходных и редкоземельных (т.е. лантанидов и актинидов). Также применимы окисленные формы легирующих металлов.

Предпочтительно один или более легирующих металлов во внешней оболочке из золотого сплава выбирают из второго ряда (4d) и третьего ряда (5d) переходных металлов. Более предпочтительно один или более легирующих металлов представляет собой переходный металл, являющийся благородным, и более предпочтительно один или более металлов, выбранных из палладия (Pd), платины (Pt), родия (Rh), иридия (Ir), рутения (Ru), осмия (Os), рения (Re), серебра (Ag) и кадмия (Cd). Еще более предпочтительно один или более легирующих металлов выбирают из палладия, платины, родия, иридия, рутения, осмия и рения.

Золотой сплав внешней оболочки может иметь любой подходящий молекулярный состав. Например, золотой сплав внешней оболочки может быть бинарным сплавом, соответствующим формуле M_xAu_1-х (1), где М обозначает любой легирующий металл или комбинацию подходящих легирующих металлов по описанию выше.

В Формуле (1) х обозначает любую подходящую величину менее 1. Например, в одном варианте изобретения х имеет минимальное значение около 0.01, 0.05, 0.1 или 0.2. В другом варианте изобретения х имеет максимальное значение около 0.99, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6, 0.5, 0.4 или 0.3. В другом варианте изобретения х имеет значение в пределах подходящего интервала и предпочтительно в интервале приведенных минимальных и максимальных значений.

Некоторые классы композиций золотых бинарных сплавов, пригодные для внешней оболочки, можно представить формулами Pd_xAu_1-x, Pt_xAu_1-x, Re_xAu_1-x, Rh_xAu_1-х, Ir_xAu_1-х, Ru_xAu_1-х и Os_xAu_1-х, где х имеет значение по определению выше. Некоторые конкретные примеры композиций бинарных сплавов золота включают

Кроме того, золотой сплав внешней оболочки может быть тройным сплавом. Такой тройной сплав может иметь состав, соответствующий формуле M_xN_yAu_1-x-y (2), где М и N, независимо, обозначают любой из применимых легирующих металлов по описанию выше, а х и у, независимо, имеют любое подходящее значение, так чтобы сумма х и у была меньше 1. Предпочтительно значения х и у, независимо, находятся в примерном интервале 0.01-0.99 и более предпочтительно в примерном интервале 0.1-0.9.

Некоторые классы композиций тройных сплавов золота, пригодные для золотой внешней оболочки, могут быть представлены формулами

Кроме того, золотой сплав внешней оболочки может быть четверным или более многокомпонентным сплавом. Четверной сплав может иметь состав, соответствующий формуле M_xN_yT_zAu_1-x-y-z (3). В формуле (3) М, N и Т, независимо, обозначают любой из применимых легирующих металлов по описанию выше, а х, у и z, независимо, имеют любое подходящее значение, так чтобы сумма х, у и z была меньше 1.

Некоторые классы композиций четверных сплавов золота, пригодные для золотой внешней оболочки, могут быть представлены формулами

Один или более легирующих металлов во внешней золотой оболочке могут дать определенные преимущества, такие как повышение или модификация каталитической активности. Например, некоторые металлы, в частности некоторые переходные металлы (например, Rh, Ir, Ru и Re) обладают способностью адсорбировать гидроксильные группы (ОН). Известно, что гидроксильные группы ингибируют каталитическую активность платины в реакции восстановления кислорода.

Такие металлы, адсорбирующие гидроксильную группу, в случае их присутствия во внешней оболочке, имеют тенденцию превращаться в соответствующий оксид при обычных потенциалах окисления работающих топливных элементов. Например, внешняя оболочка может включать оксид рения, родия, рутения, иридия, тантала, ниобия, титана, циркония, молибдена или их комбинаций. Оксиды этих металлов можно изобразить, например, в виде ReO_v, RhO_v, RuO_v, IrO_v, TaO_y, NbO_v, TiO_v, ZrO_v, MoO_v или OsO_v, где индекс v обозначает соответствующее общее или конкретное число в стехиометрическом или нестехиометрическом соотношении.

Ядро покрытых золотой оболочкой частиц состоит из одного или более металлов, обладающих электрокаталитической активностью в реакции восстановления кислорода. Более предпочтительно ядро состоит из одного или более переходных металлов, обладающих такой активностью.

Еще более предпочтительно, ядро представляет собой ядро, содержащее благородный металл. Такое ядро содержит одно или более металлов благородной природы (т.е. благородных металлов). Некоторые примеры металлов благородной природы включают палладий, платину, родий, иридий, рутений, осмий, рений, серебро и кадмий.

Ядро может состоять исключительно из одного или более благородных металлов. Или же ядро может включать один или более благородных металлов в виде некоторой части от общего состава ядра. Например, ядро может состоять из одного или более благородных металлов в комбинации с одним или более неблагородных металлов.

Предпочтительно, по меньшей мере, преобладающая часть атомов металлов в ядре находится в нульвалентном состоянии. В некоторых вариантах изобретения какая-то часть, предпочтительно весьма малая часть, атомов ядра находится в состоянии окисления.

Некоторые примеры особенно предпочтительных металлов для ядра включают палладий, платину, родий, иридий, рутений, осмий, рений и их комбинацию. Золото может присутствовать в ядре только в комбинации с одними или более других металлов. Например, золото может быть в ядре в виде сплава, например бинарного, тройного, четверного или более многокомпонентного сплава.

В одном варианте изобретения ядро состоит из единственного подходящего металла, например благородного металла. Например, ядро может состоять либо из платины, палладия, рения, родия, иридия, рутения, либо из осмия.

В другом варианте изобретения ядро состоит из сплава, т.е. комбинации двух или более металлов. Предпочтительно, по меньшей мере, один из металлов имеет благородную природу. Композиция сплава в ядре может являться композицией бинарного, тройного, четверного и более многокомпонентного сплава.

Такое ядро из сплава может, например, состоять из двух или более благородных металлов. Благородные металлы предпочтительно выбирают из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия. Сплав благородных металлов может быть бинарным, тройным, четверным и более многокомпонентным сплавом.

Количество каждого благородного металла в таком ядре из сплава благородных металлов может представлять собой любое подходящее количество. Например, благородные металлы могут присутствовать в минимальном количестве около 0.1, 0.5, 1, 5, 10, 20, 30 или 40 мольных процентов или в максимальном количестве около 50, 60, 70, 80, 90, 95, 99, 99.5 или 99.8 мольных процентов. Каждый металл может присутствовать в количестве в любом подходящем интервале и, в особенности, в любом подходящем интервале, являющемся комбинацией приведенного минимального и максимального содержания в мольных процентах.

Бинарные и более многокомпонентные композиции сплавов, содержащие два или более благородных металлов, можно представить формулой M¹ _xM² _1-x, где М¹ и М², каждый независимо, обозначают один из или комбинацию благородных металлов. Более предпочтительно М¹ и М², каждый, обозначают один из или комбинацию благородных металлов, выбранных из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия. Индекс х представляет собой любую подходящую величину и более предпочтительно любую подходящую величину в интервале 0.01- 0.99.

Некоторые более конкретные примеры композиций бинарных и более многокомпонентных сплавов благородных металлов, пригодных для ядра, включают сплавы, имеющие примерный молярный состав

где М¹ и М² обозначают один или комбинацию металлов, выбранных из благородных металлов и более предпочтительно выбранных из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия.

Некоторые примеры классов композиций бинарных сплавов благородных металлов, пригодных для ядра, включают композиции платина-палладий, платина-рений, платина-родий, платина-рутений, платина-иридий, платина-осмий, платина-золото, палладий-рений, палладий-родий, палладий-рутений, палладий- иридий, палладий-осмий, палладий-золото, рений-рутений, рений-родий, рений-осмий, рений-иридий, рений-золото, родий-иридий, родий-рутений, родий-осмий, родий-золото, рутений-иридий, золото-рутений, золото-осмий, осмий-иридий и осмий-рутений.

Композиции тройных и более многокомпонентных сплавов, содержащие три или более благородных металлов, можно представить формулой M¹ _xM² _xM³ _1-x-y, где М¹, М² и М³, каждый независимо, обозначают один из или комбинацию благородных металлов. Индексы х и у представляют собой любую подходящую величину, так чтобы сумма х и у была меньше 1, например, в интервале 0.01- 0.99.

Некоторые примеры композиций тройных и более многокомпонентных сплавов благородных металлов, пригодных для ядра, включают сплавы, имеющие примерный молярный состав

М² и М³ обозначают один или комбинацию металлов, выбранных из благородных металлов и более предпочтительно выбранных из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия.

Некоторые классы композиций тройных сплавов благородных металлов, пригодные для ядра, включают композиции: палладий-золото-родий, палладий-родий-иридий, палладий-иридий-золото, палладий-рутений-родий, палладий-рений-золото, палладий-рений-иридий, палладий-рений-родий, палладий-рений-рутений, рений-родий-золото, рений-иридий-золото, рений-рутений-золото, рений-иридий-родий, рений-родий-рутений, рений-иридий-рутений и рений-иридий-осмий.

В другом варианте изобретения ядро из сплава состоит из одного или более благородных металлов и одного или более неблагородных металлов. Один или более неблагородных металлов можно выбирать, например, из щелочных, щелочноземельных, переходных металлов, металлов главных групп и редкоземельных металлов.

Некоторые примеры щелочных и щелочноземельных металлов, которые можно включать в ядро из сплава, включают литий (Li), натрий (Na), калий (К), бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Са) и стронций (Sr).

Некоторые примеры металлов (элементов?) основных групп, которые можно включать в ядро из сплава, включают бор (В), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), азот (N), фосфор (Р), мышьяк (As), сурьму (Sb), серу (S), селен (Se) и теллур (Те).

Некоторые примеры редкоземельных металлов, которые можно включать в ядро из сплава, включают лантан (La), церий (Се), неодим (Nd), самарий (Sm), европий (Eu), гадолиний (Gd) и тербий (Tb), торий (Th), протактиний (Ра), уран (U) и америций (Am).

Некоторые примеры переходных металлов, которые можно включать в ядро из сплава, включают переходные металлы первого ряда (3d), второго ряда (4d) и третьего ряда (5d).

Переходные металлы первого переходного ряда (3d) относятся к ряду переходных металлов, начиная со скандия (Sc) и кончая цинком (Zn). Некоторые примеры подходящих переходных металлов первого ряда включают титан (Ti), ванадий (V), хром (Cr), марганец (Mn), железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), медь (Cu) и цинк (Zn).

Металлы второго переходного ряда (4d) относятся к ряду переходных металлов, начиная с иттрия (Y) и кончая кадмием (Cd). Некоторые примеры подходящих металлов второго переходного ряда включают молибден (Мо), технеций (Tc), рутений (Ru), родий (Rh), палладий (Pd) и серебро (Ag).

Металлы третьего переходного ряда (5d) относятся к ряду переходных металлов, начиная с гафния (Hf) и кончая ртутью (Hg). Некоторые примеры подходящих металлов третьего переходного ряда включают тантал (Та), вольфрам (W), рений (Re), осмий (Os), иридий (Ir), платину (Pt) и золото (Au).

В предпочтительном варианте изобретения ядро из сплава состоит из одного или более благородных металлов и более предпочтительно одного или более металлов, выбранных из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия, в комбинации с одним или более металлов, выбранных из переходных металлов первого ряда. Полученный сплав может быть бинарным, тройным, четверным или более многокомпонентным сплавом.

Более предпочтительно переходные металлы первого ряда в таком ядре из сплава выбирают из никеля, кобальта, железа и меди и более предпочтительно из никеля, кобальта и железа. По меньшей мере, часть атомов переходных металлов первого ряда являются нульвалентными.

Композиции бинарных и более многокомпонентных сплавов, содержащих один или более благородных металлов и один или более металлов из первого переходного ряда, можно представить формулой M¹ _xM⁴ _1-x, где М¹ обозначает один из или комбинацию благородных металлов, а М⁴ обозначает один из или комбинацию переходных металлов первого ряда. Индекс х представляет собой любую подходящую величину по описанию выше.

Некоторые примеры молярных композиций таких бинарных сплавов, пригодных для ядра, включают

где М¹ обозначает благородный металл и более предпочтительно металл, выбранный из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия; а М⁴ обозначает переходный металл первого ряда и более предпочтительно железо, кобальт, никель или медь.

Некоторые примеры композиций бинарных сплавов, пригодных для ядра, которые содержат один благородный металл и один переходный металл из первого ряда переходных металлов, включают композиции платина-никель, платина-кобальт, платина-железо, платина-медь, палладий-никель, палладий-кобальт, палладий-железо, палладий-медь, золото-никель, золото-кобальт, золото-железо, золото-медь, рений-никель, рений-кобальт, рений-железо, рений-медь, родий-никель, родий-кобальт, родий-железо, родий-медь, иридий-никель, иридий-кобальт, иридий-железо, иридий-медь, рутений-никель, рутений-кобальт, рутений-железо, рутений-медь, осмий-никель, осмий-кобальт, осмий-железо и осмий-медь.

Некоторые более конкретные примеры таких композиций бинарных и более многокомпонентных сплавов включают примерные молярные композиции

где Х обозначает один из или комбинацию переходного металла из первого ряда переходных металлов и более предпочтительно один из или комбинацию из никеля, кобальта, железа и меди.

Композиции тройных и более многокомпонентных сплавов, содержащие, по меньшей мере, один или более переходных металлов из первого ряда переходных металлов, можно представить формулой M¹ _1-x-yM⁴ _xM⁵ _y, где М¹ обозначает один из или комбинацию благородных металлов, а М⁴ и М⁵, каждый независимо, обозначают один из или комбинацию переходных металлов первого ряда. Индексы х и у представляют собой любую подходящую величину по определению выше.

Некоторые примеры молярных композиций таких тройных сплавов, пригодных для ядра, включают

где М¹ обозначает благородный металл и более предпочтительно металл, выбранный из платины, палладия, золота, рения, родия, иридия, рутения и осмия; а М⁴ и М⁵, каждый независимо, обозначают переходный металл первого ряда и более предпочтительно железо, кобальт, никель или медь.

Некоторые примеры композиций тройных сплавов, пригодных для ядра, которые содержат платину и два переходных металла из первого ряда переходных металлов, включают композиции платина-никель-кобальт, платина-железо-кобальт, платина-медь-кобальт, платина-железо-никель, платина-медь-никель и платина-медь-железо.

Некоторые примеры композиций тройных сплавов, пригодных для ядра, которые содержат палладий и два переходных металла из первого ряда переходных металлов, включают композиции палладий-никель-кобальт, палладий-железо-кобальт, палладий-медь-кобальт, палладий-железо-никель, палладий-медь-никель и палладий-медь-железо.

Некоторые примеры композиций тройных сплавов, пригодных для ядра, которые содержат рений и два переходных металла из первого ряда переходных металлов, включают композиции рений-никель-кобальт, рений-железо-кобальт, рений-медь-кобальт, рений-железо-никель, рений-медь-никель и рений-медь-железо.

Некоторые примеры композиций тройных сплавов, пригодных для ядра, которые