立方八面体に比較してより大きな面積の{100}または{111}面を有するパラジウムナノ粒子コアと、白金原子の原子的に薄い層の堆積によって形成され、パラジウムナノ粒子の外面の大部分を被覆し、パラジウムナノ粒子コアの外面上にある白金シェルと、を備えることを特徴とする、燃料電池用の触媒粒子。パラジウムナノ粒子コアは、面積で少なくとも30の{100}面を有することを特徴とする請求項1記載の触媒粒子。パラジウムナノ粒子コアは、面積で少なくとも50の{100}面を有することを特徴とする請求項1記載の触媒粒子。パラジウムナノ粒子コアは、面積で少なくとも70の{100}面を有することを特徴とする請求項1記載の触媒粒子。パラジウムナノ粒子コアは、面積で少なくとも50の{111}面を有することを特徴とする請求項1記載の触媒粒子。パラジウムナノ粒子コアは、面積で少なくとも70の{111}面を有することを特徴とする請求項1記載の触媒粒子。アノード電極と、カソード電極と、カソード電極とアノード電極との間に配置された電解質と、電解質とアノード電極およびカソード電極の一方との間に配置された触媒粒子と、を備える、燃料電池用の一体化電極アッセンブリUEAであって、触媒粒子は、立方八面体に比較して{100}富化構造または{111}富化構造であるパラジウムコアと、シェルを形成するようにパラジウムコアの外面の大部分を被覆する白金原子の原子的に薄い層であって、シェルはシェルが被覆する外面と同じ結晶面を有する、白金原子の原子的に薄い層と、を備えることを特徴とする、燃料電池用の一体化電極アッセンブリUEA。電解質は、吸収電解質であり、パラジウムコアは、{100}富化構造であることを特徴とする請求項7記載のUEA。面積でパラジウムコアを画定する表面の少なくとも約30が{100}面であることを特徴とする請求項8記載のUEA。面積でパラジウムコアを画定する表面の少なくとも約50が{100}面であることを特徴とする請求項8記載のUEA。面積でパラジウムコアを画定する表面の少なくとも約70が{100}面であることを特徴とする請求項8記載のUEA。吸収電解質は、硫酸電解質およびリン酸電解質から成る群より選択されることを特徴とする請求項8記載のUEA。電解質は、非吸収電解質であり、パラジウムコアは、{111}富化構造であることを特徴とする請求項7記載のUEA。面積でパラジウムコアを画定する表面の少なくとも約50が{111}面であることを特徴とする請求項13記載のUEA。面積でパラジウムコアを画定する表面の少なくとも約70が{111}面であることを特徴とする請求項13記載のUEA。非吸収電解質は、ペルフルオロスルホン酸ポリマーおよび過塩素酸電解質から選択されることを特徴とする請求項13記載のUEA。白金原子は、パラジウムコア上に原子的に堆積することを特徴とする請求項7記載のUEA。アノード電極と、カソード電極と、カソード電極とアノード電極との間に配置された電解質と、電解質とアノード電極およびカソード電極の一方との間に配置された触媒粒子と、を備える、燃料電池用の一体化電極アッセンブリUEAであって、触媒粒子は、面積で少なくとも30の{100}面または面積で少なくとも50の{111}面を有するパラジウムナノ粒子コアと、シェルを形成するようにパラジウムコアの外面の大部分を被覆する白金原子の原子的に薄い層であって、シェルはシェルが被覆する外面と同じ結晶面を有する、白金原子の原子的に薄い層と、を備えることを特徴とする、燃料電池用の一体化電極アッセンブリUEA。電解質は、吸収電解質であり、パラジウムコアは、面積で少なくとも30の{100}面を有することを特徴とする請求項18記載のUEA。電解質は、非吸収電解質であり、パラジウムコアは、面積で少なくとも50の{111}面を有することを特徴とする請求項18記載のUEA。燃料電池用の触媒粒子は、パラジウムナノ粒子コアと、白金シェルと、を備える。パラジウムナノ粒子コアは、立方八面体cubo-octahedralに比較してより大きな面積の{100}または{111}面を有する。白金シェルは、パラジウムナノ粒子コアの外面上にある。白金シェルは、パラジウムナノ粒子の外面の大部分を被覆する白金原子の原子的に薄い層の堆積によって形成される。ここでは、燃料電池内で使用するための形状制御パラジウムコアと白金シェルとを有する触媒ナノ粒子を説明する。白金は、電気化学反応の速度を促進するために燃料電池のアノードおよびカソード内で使用されてきた。以下にさらに説明するように、コア-シェル構造によって、材料費が低減され、酸素還元反応oxygenreductionreactionORR活性が向上する。パラジウムコアは、立方八面体ナノ粒子に比較して{100}富化構造または{111}富化構造となるように形状制御される。白金シェルは、シェル、そして結果として得られる触媒ナノ粒子がパラジウムコアの構造と類似した構造を有するように、パラジウムコアの表面に概略従う。形状制御パラジウムコアは、さらに酸化還元反応ORR活性を増大させるために電解質に基づいて選択されることができる。燃料電池は1つまたは複数の燃料電池繰り返し単位を用いて化学エネルギーを電気エネルギーに変換する。図1は、一実施例の燃料電池繰り返し単位10の斜視図を示しており、燃料電池繰り返し単位10は、一体化電極アッセンブリunitizedelectrodeassemblyUEA12アノード触媒層catalystlayerCL14、電解質16、カソード触媒層CL18、アノード気体拡散層gasdiffusionlayerGDL20、およびカソード気体拡散層GDL22を有する、アノード流れ場24、およびカソード流れ場26を備える。燃料電池繰り返し単位10は、アノード流れ場24およびカソード流れ場26に隣接して冷却材流れ場を有することができる。冷却材流れ場は図1には示されていない。アノードGDL20は、アノード流れ場24に面し、カソードGDL22は、カソード流れ場26に面する。アノードCL14は、アノードGDL20と電解質16との間に配置され、カソードCL18は、カソードGDL22と電解質16との間に配置される。このアッセンブリは、既知の技術で一旦一緒に結合されると、一体化電極アッセンブリUEA12として知られる。一実施例では、燃料電池繰り返し単位10は、水素燃料すなわち水素ガスおよび酸素酸化剤すなわち酸素ガスまたは空気を使用するプロトン交換膜型燃料電池protonexchangemembranefuelcellPEMFCである。燃料電池繰り返し単位10が代替の燃料および/または酸化剤を使用できることは認識されている。作動時にアノードGDL20は、アノード流れ場24を経由して水素ガスH2を受け取る。アノードCL14は、白金などの触媒を有しており、水素分子をプロトンHと電子eに分裂させる。プロトンと電子は、カソードCL18に移動するが、プロトンは電解質16を通ってカソードCL18に至り、一方、電子は、外部回路28を通り、その結果電力が生成される。空気または純酸素O2がカソード流れ場26を通ってカソードGDL22に供給される。カソードCL18では、酸素分子は、アノードCL14からのプロトンおよび電子と反応して水H2Oを生成し、この水は次いで、過剰の熱と共に燃料電池10から排出される。電解質16は、アノードCL14とカソードCL18との間に配置される。電解質16は、プロトンおよび水を移動させるが、電子は伝導させない。アノードCL14からのプロトンおよび水は、電解質16を通ってカソードCL18に至ることができる。電解質16は、リン酸などの液体あるいはペルフルオロスルホン酸perfluorosulfonicacidPFSA含有ポリマーまたはイオノマーなどの固体膜とすることができる。PFSAポリマーは、フルオロカーボン主鎖から構成され、スルホナート基が短いフルオロカーボン側鎖に結合している。例示的なPFSAポリマーとしては、米国のE.I.DuPont社によるNafion登録商標が挙げられる。電解質16は、吸収電解質または非吸収電解質として分類することができる。吸収電解質としては、限定される訳ではないが、硫酸およびリン酸が挙げられる。非吸収電解質としては、限定される訳ではないが、PFSAポリマーおよび過塩素酸が挙げられる。アノードCL14は、電解質16のアノード側に隣接する。アノードCL14は、燃料すなわち水素の電気化学酸化を促進する触媒を備える。アノードCL14用の例示的な触媒としては、炭素支持白金原子と、カソードCL18についての以下のコアシェル触媒ナノ粒子とが挙げられる。カソードCL18は、アノードCL14とは反対側の電解質16のカソード側に隣接する。カソードCL18は、酸化剤すなわち酸素の電気化学還元を促進する触媒を備える。カソードCL18は、電解質16に合わせて作られるコア-シェル触媒ナノ粒子を備える。図2は、コア32と白金原子34とを備えるコア-シェル触媒ナノ粒子30の拡大断面図である。コア32は、パラジウムまたはパラジウム合金から形成される。コア32は、立方八面体に比較して{100}富化構造を有するナノ粒子である。例えば、コア32は、略立方体形状を有することができる。立方体ナノ粒子の大きさは、稜の長さによって決定される。一実施例では、コア32は、約2ナノメートルから約50ナノメートルの稜長さを有する。立方体ナノ粒子は、6つの{100}結晶面によって画定される。コア32は、完全な立方体とならないこともある。一実施例では、コア32の表面の少なくとも約30が{100}面である。別の一実施例では、コア32の表面の少なくとも約50が{100}面である。さらなる一実施例では、コア32の表面の少なくとも約70が{100}面である。白金原子34は、コア32上に原子的に薄い層またはシェルを形成する。白金原子34は、コア32の本質的に外面全体を被覆する。図2では、白金原子34は、コア32上に単層を形成する。しかしながら、白金原子34はまた、コア32上に二層、三層、またはクラスターでさえも形成することができる。白金合金の原子が、白金原子34の代わりに使用されることができる。ナノ粒子30は、従来の炭素支持白金触媒に比較して酸素還元に対して高い活性を有する。さらに、ナノ粒子30のコア-シェル構造によって、白金使用量が低減され、従って、材料費が低減される。白金原子34は、白金原子34によって形成される白金シェルの結晶面がコア32の結晶面と本質的に同じになるように、コア32上に原子的に堆積される。すなわち、結果として得られるコア-シェル触媒ナノ粒子30は、コア32と本質的に同じ{100}富化構造を有する。コア-シェル触媒ナノ粒子30は、略立方体形状を有することができる。代替として、コア-シェル触媒ナノ粒子30は、立方八面体に比較してより多くの数の{100}面を有することができる。一実施例では、コア-シェル触媒ナノ粒子30の表面の少なくとも約30が{100}面である。すなわち、面積で表面の少なくとも約30が{100}面によって占められている。別の一実施例では、コア-シェル触媒ナノ粒子30の表面の少なくとも約50が{100}面である。さらなる一実施例では、コア-シェル触媒ナノ粒子30の表面の少なくとも約70が{100}面である。富化{100}構造または立方体構造を有するコア-シェル触媒ナノ粒子30は、硫酸およびリン酸などの吸収電解質と共に使用されるが、その理由は、これらの電解質が、白金の{100}面上に、弱く吸収されるだけか、全く吸収されないからである。燃料電池では、ORR活性は、電解質16の種類とコア-シェル触媒ナノ粒子30の形状との組み合わせに部分的に影響される。使用中に、電解質16は、コア-シェル触媒ナノ粒子30の表面上に吸収される。一旦電解質16が表面上に吸収されると、コア-シェル触媒ナノ粒子30の表面サイトは、もはや反応に利用できず、ORR活性は低減する。吸収の強さは、電解質16の構造およびコア-シェル触媒ナノ粒子30の表面またはファセットの構造に依存する。例えば、リン酸および硫酸電解質は、{100}面上に弱く吸収されるか、全く吸収されないが、その理由は、これらの電解質の構造が、{100}面の構造に適合しないからである。それに比較して、硫酸およびリン酸電解質は、{111}面上に強く吸収される。触媒ナノ粒子の形状を電解質16に適合させることで、白金原子34のORR活性が向上する。従来は、略立方八面体触媒ナノ粒子が、燃料電池内で使用されてきた。立方八面体ナノ粒子は、{100}面と{111}面の混合物を含む。一般に、立方八面体ナノ粒子は、面積で15未満の{100}面を有する。立方八面体に比較してコア-シェル触媒ナノ粒子30は、面積でより多量の{100}面を有する。一実験では、パラジウムコアと白金単層とを有する立方八面体触媒ナノ粒子を、{100}富化構造を有するコア-シェル触媒ナノ粒子30と比較した。0.5Mの硫酸溶液を電解質として使用した。立方八面体触媒ナノ粒子は、0.9Vにおいて0.05mA/cm2の比活性を有した。コア-シェル触媒ナノ粒子30は、0.9Vにおいて0.1mA/cm2の比活性を有した。コア-シェル触媒ナノ粒子30の{100}富化構造は、吸収電解質すなわち、硫酸を使用する活性が2倍に増大する結果となった。コア-シェル触媒ナノ粒子30は、図3の方法38によって形成されることができ、方法38は、電位下堆積によってパラジウムコア上に銅を堆積させ工程40、図2のコア-シェル触媒ナノ粒子30を形成するように銅を白金で交換または置換する工程42、ことを含む。電位下堆積は、反応に対する熱力学的電位の正の電位で1つまたは2つの単層の金属を別の金属の表面上に堆積させることになる電気化学的処理である。方法38では、パラジウムコア上に1つだけの単層の銅を堆積させる。熱力学的に、銅の仕事関数は、パラジウムナノ粒子の仕事関数より低いので、電位下堆積が生じる。工程40では、パラジウムコア上に連続的または半連続的な単層の銅原子として銅を堆積させる。一実施例では、導電性基体上に堆積させたパラジウムコアを、アルゴンで飽和させた0.05MのCuSO40.05MのH2SO4からなる溶液中に置き、電位を5分間、0.1V対Ag/AgCl、3Mに制御した結果、パラジウムコア上に銅の電位下堆積が生じた。次に工程42では、銅原子を置換することでパラジウムコア上に白金を堆積させ、図2のコア-シェル触媒ナノ粒子30を形成する。酸化還元反応によって、白金原子は、パラジウムコア上の銅原子と置換する。例えば、パラジウムコアは、白金塩を含有する水溶液と混合することができる。特定の実施例では、白金溶液は、アルゴンで飽和させた2mMのPtK2Cl40.05MのH2SO4である。溶液の白金イオンは、式1に示すように、自発的に銅で還元され、1CuPt2→PtCu2白金は、パラジウムコア上の銅と交換する。白金原子は、パラジウムコア上に原子的に薄い層として堆積する。一実施例では、原子的に薄い層は、白金単層である。白金単層は、パラジウムコアを概略被覆する。しかしながらパラジウムコアには被覆できない部分が生じることもある。銅原子の電位下堆積と、銅の白金での置換を含む、工程40、42を繰り返すことで結果として、パラジウムコア上への追加の白金層の堆積が生じる。例えば、工程40、42を2回実施することでパラジウムコア上に二層の白金原子を形成することができ、工程40、42を3回実施することで三層の白金原子を形成することができる。図4A~図4Dは、コア32を方法38に掛ける際のコア32を示す。図4Aは、処理の開始におけるコア32を示す。上述したように、コア32は、パラジウムまたはパラジウム合金で形成されたナノ粒子である。一実施例では、コア32は、約2ナノメートルから約50ナノメートルの稜長さを有する。コア32は、立方八面体に比較して{100}富化構造を有する。すなわち、コア32は、面積で立方八面体より多くの{100}面を有する。一実施例では、コア32は、面積で少なくとも約30の{100}面を有する。別の一実施例では、コア32は、面積で少なくとも約50の{100}面を有する。さらなる一実施例では、コア32は、面積で少なくとも約70の{100}面を有する。電位下堆積によってコア32上に銅原子44を堆積させて、図4Bに示す構造を形成する。1つの銅原子44が、コア32の表面の各パラジウム原子上に吸収される。銅原子44は、コア32上に単層などの原子的に薄い層を形成する。結果として得られる銅被覆ナノ粒子は、コア32と本質的に同じ表面または格子面を有する。図4Cでは、白金イオン34iすなわち、白金塩の形態が、図4Bの銅被覆ナノ粒子と混合する。白金イオン34iは、自発的に銅原子44で還元されて、白金原子34が、コア32上の銅原子44と交換する。白金原子34は、コア32上に原子的に薄い層を形成する。一実施例では、白金原子34は、コア32上に単層を形成する。白金原子34は、コア32と本質的に同じ表面または構造を有するシェルをコア32上に形成する。従って、コア-シェル触媒ナノ粒子30は、コア32の{100}富化構造と概略類似した{100}富化構造を有する。白金原子34は、原子的に堆積するので、コア-シェル触媒ナノ粒子30の格子面は、コア32の格子面と実質的に類似している。上述したように、{100}富化構造または略立方体形状を有するコア-シェル触媒ナノ粒子30は、電解質16が硫酸およりリン酸などの吸収電解質である場合に使用する。電解質16がPFSAポリマーまたは過塩素酸などの非吸収電解質である場合は、{111}富化構造を有するコア-シェル触媒ナノ粒子を使用する。図5は、コア132と白金原子134とを備えるコア-シェル触媒ナノ粒子130の断面図である。コア132は、パラジウムまたはパラジウム合金から形成され、ナノ粒子である。コア132の大きさは、稜の長さによって決定される。一実施例では、コア132は、約2ナノメートルから約50ナノメートルの稜長さを有する。コア132は、立方八面体に比較して{111}富化構造である。すなわち、コア132は、面積で立方八面体より多量の{111}面を有する。一実施例では、面積でコア132の少なくとも約50が{111}面である。別の一実施例では、面積でコア132の少なくとも約70が{111}面である。さらなる一実施例では、コア132は、四面体または八面体であり、そこではコア132の全ての表面が{111}面である。白金原子134は、コア132上に原子的に薄い層またはシェルを形成する。白金原子134は、コア132の本質的に外面全体を被覆する。図2では、白金原子134は、コア132上に単層を形成する。しかしながら、白金原子134はまた、コア132上に二層、三層、またはクラスターでさえも形成することができる。さらに、白金合金の原子が、白金原子134の代わりに使用されることができる。上に述べた方法38に従ってコア132上に白金原子134を原子的に堆積させる。上述したように、白金原子134は、原子的に堆積するので、コア132の表面と本質的に同じ表面を形成する。従って、コア-シェル触媒ナノ粒子130は、コア132の富化{111}構造と類似した富化{111}構造を有する。ナノ粒子130のコア-シェル構造によって、白金使用量が低減され、従って、材料費が低減される。さらに、コア-シェルナノ粒子130は、非吸収性電解質を使用する場合、従来の炭素支持白金触媒に比較して酸素還元に対して高い活性を有する。これは、{111}面の固有の活性が、被吸収剤なしの{100}面より活性なので、最もありそうなことである。図6A~図6Dは、コア132が方法38を通過する際のコア132を示す。図6Aでは、コア132は、8つの{111}面から構成される八面体である。上述したように、コア132は、{111}富化パラジウムまたはパラジウム合金構造であり、完全な八面体または四面体とならないこともある。立方八面体におけるよりコア132の多くの表面領域が{111}結晶面によって占められている。一実施例では、面積でコア132の表面の少なくとも約50が{111}面であるすなわち、{111}面で画定される表面である。別の一実施例では、面積でコア132の表面の少なくとも約70が{111}面である。銅原子144は、図6Bのコア132の外面上に堆積する。銅原子144は、コア132の外面に概略従う。銅原子144は、コア132の実質的に外面全体を被覆する。結果として得られる銅被覆ナノ粒子は、コア132の面と類似した面によって画定される。図6Cでは、白金イオン134iが、図6Bのナノ粒子と混合する。銅原子144が、白金イオン134iを還元して、白金原子134が、コア132上の銅原子144と交換する。図6Dでは、全ての銅原子144が白金原子134と交換して、コア-シェルナノ粒子130を形成する。白金原子134は、コア132上に単層などの原子的に薄い層を形成する。白金原子134は原子的に堆積するので、コア132の外面に概略従う。さらに、結果として得られるコア-シェル触媒ナノ粒子130は、コア132と実質的に同じ面で画定される。一実施例では、面積でコア-シェル触媒ナノ粒子130の表面の50以上が{111}面である。別の一実施例では、面積でコア-シェル触媒ナノ粒子130の表面の70以上が{111}面である。上述したように、{111}富化構造を有するコア-シェル触媒ナノ粒子130は、電解質16がPFSAポリマーおよび過塩素酸HClO4などの非吸収電解質である場合に使用する。一実験では、パラジウムコアと白金シェルとを有する立方八面体コア-シェル触媒粒子を、コア-シェル触媒ナノ粒子30およびコア-シェル触媒ナノ粒子130と比較した。実験は、0.1MのHClO4溶液を用いて行った。立方八面体コア-シェル触媒粒子は、0.9Vにおいて0.8A/mgPtの白金質量活性を有した。立方体構造を有するコア-シェル触媒ナノ粒子30および八面体構造を有するコア-シェル触媒ナノ粒子130は、0.9Vにおいてそれぞれ0.6A/mgPtおよび2.2A/mgPtの白金質量活性を有した。これらの結果は、非吸収電解質と、{111}富化構造を有するコア-シェル触媒ナノ粒子とを有する燃料電池が他のコア-シェル触媒ナノ粒子に比較してより高いORR活性を有したことを示している。具体的には、{111}富化構造すなわち八面体構造を有するナノ粒子は、非吸収電解質と共に使用する場合に、{100}富化構造および立方八面体より高い質量活性を有した。本発明は、好ましい実施例について説明したが、当業者は、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに形態および詳細の変更が可能であることを理解するであろう。