在过去的几十年中，质子交换膜燃料电池（PEMFCs）和碱性交换膜燃料电池（AMFCs）的迅速发展推动了氢经济概念的多元化能源应用。

有鉴于此，香港科技大学邵敏华教授、厦门大学周志有教授、美国纽约州立大学宾汉顿分校Chuan-Jian Zhong教授等人，总结了PEMFCs和AMFCs在电催化剂设计和催化剂层优化方面的最新进展，以及在活性和耐久性方面的电池性能。讨论并比较了不同类型的电催化剂在氧还原反应和氢氧化反应中的活性，稳定性和燃料电池性能。还讨论了进一步发展活性，稳定和低成本电催化剂以满足PEMFC和AMFC最终商业化的研究方向。

本文要点

1）详细讨论了ORR和PEMFC中PGM基电催化剂的结构演变，重点是NP或NW电催化剂的相结构，形貌和组成变化。尽管已经取得了重大进展，但是在电催化反应中催化剂的平衡状态问题仍然具有挑战性。为了应对这一挑战，未来的研究应该致力于开发用于原子尺度细节的高分辨率表征的原位/operando技术，因为这些对优化电催化剂的性能和耐久性至关重要。对于PEMFC的商业化，应进一步扩展结构演变研究，以使催化剂层结构的宏观方面与operando条件下催化剂的微米级或纳米级结构演变联系起来。

2）在燃料电池环境中，不含PGM的电催化剂，尤其是M–N–C型，必须具有与基于Pt的电催化剂相当的活性和耐久性，才能最终成功地取代它们。经过数十年的努力，M-N-C催化剂在低电流密度下的活性已经可以与PEMFC中的Pt/C相媲美。尽管ORR活性取得了显着进展，但M–N–C催化剂的耐久性仍远不及Pt/C。值得注意的是，为了成功地应用于PEMFC，M-N-C型ORR电催化剂要想在PEMFC中成功应用，未来的研究方向应该是通过优化催化剂层来降低高电流密度下的传质损失，通过开发混合和复合催化剂来提高其耐久性。

参考文献：

Fei Xiao et al. Recent Advances in Electrocatalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cells and Alkaline Membrane Fuel Cells. Advanced Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adma.202006292

https://doi.org/10.1002/adma.202006292