聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）已进入商业化阶段，而且即将得到更广泛的应用。为了进一步减少PEMFC电极中铂族金属（PGM）催化剂的负载，在过去的几十年中，人们开发了无铂族金属、铁和氮掺杂碳氧还原(ORR)电催化剂(Fe-N-C)。Fe–N–C在活性和稳定性方面最近取得了较大的进展，但是评估表面催化活性Fe位点的数量和固有翻转频率仍然是一项较大的挑战。随着CO低温吸附和亚硝酸盐原位溶出技术的出现，这种情况发生了变化，这些技术产生了这些固有的反应性描述符。但是，从未对这两种互补的特异性吸附/溶出技术进行过比较，并与其他化学和光谱学分析相结合来深入分析Fe-N-C ORR电催化剂的催化反应活性。
有鉴于此，柏林工业大学Peter Strasser教授、蒙彼利埃大学Frédéric Jaouen教授和Deborah Jones、帝国理工学院的AnthonyKucernak教授、帕多瓦大学的Christian Durante、Johnson Matthey Technology Centre的Jonathan Sharman等人，对四种最先进的Fe-N-C质子交换膜燃料电池(PEMFC)电催化剂的反应性进行了全面分析。通过结合多种不同的表面敏感性和本体分析方法，对催化性能的起源和差异有了更深入的了解。
本文要点
1）分析远远超越了以往的尝试，将动力学性能指标(如电催化质量活性和比表面积催化活性)与先前难以捉摸的动力学指标(如活性金属位点密度(SD)和催化转换频率(TOF))联系起来。使用原位电化学NO2-还原以及非原位气态CO低温化学吸附来评估动力学ORR活性，SD和TOF值。
2）实验结果表明，原位Fe表面密度与非原位Fe表面密度具有显著的定量一致性。SD与TOF的关系图（“反应性图”）被用作新的分析工具来反卷积ORR反应性，从而实现合理的催化剂开发。
3）微孔催化剂显示出较大的SD值，而TOF较低，而中孔催化剂显示出相反的结果。Fe表面位点密度与分子氮和Fe含量相关，由此确定了催化活性D1和D2位点的孔位置。
总之，这一跨实验室的分析，其采用的实验方法和分析方法，有望为燃料电池阴极催化剂的研究提供参考，该工作提出的催化剂研究的方法和分析将有益于Fe-N-C催化剂的进一步发展。
参考文献：
Mathias Primbs et al. Establishing reactivity descriptors for platinum group metal (PGM)-free Fe–N–C catalysts for PEM fuel cells. Energy Environ. Sci., 2020.
DOI: 10.1039/D0EE01013H
https://doi.org/10.1039/D0EE01013H
