高氧还原性能、低氢氧化性能的催化剂

在氢燃料电池中，氧还原反应（ORR）是一个关键的化学反应，它在负极发生，而氢氧化反应则在正极发生。动力学角度来看，氧还原反应比氢氧化反应进行得慢，这限制了氢燃料电池的整体性能1。因此，开发具有高氧还原性能的催化剂对于提高电池效率至关重要。

目前，以铂（Pt）为代表的贵金属催化剂在氧还原电催化剂中表现最为有效3。然而，由于铂的产量和成本限制，研究者们正在寻求低成本非贵金属的替代品。过渡金属氧化物和掺杂碳等材料因其较好的催化活性和电化学稳定性而受到关注3。特别是钴（Co）基氧还原电催化材料，近年来的研究进展显示它们具有高性能和成本效益4。

为了提高催化剂的氧还原性能，研究者们采取了多种策略，包括结构可控制备和性能调控。例如，通过Zn辅助制备的单原子FeZn-NC-10催化剂，具有丰富的微孔结构，表现出优异的催化氧气还原性能，优于Pt/C（20%）6。此外，利用廉价的二氧化硅气溶胶辅助制备的原子级分散催化剂，也是一种提高氧还原性能的有效方法6。

在催化剂的设计中，提高贵金属催化剂的利用率和降低膜电极的用量也是重要的研究方向。这可以通过调控催化剂结构来实现，从而提高质子交换膜燃料电池（PEMFC）的性能5。

综上所述，开发高氧还原性能、低氢氧化性能的催化剂，需要关注以下几个方面：

1. 寻找和开发非贵金属催化剂，如钴基材料，以替代成本高昂的贵金属4。
2. 利用结构可控制备和性能调控策略，提高催化剂的氧还原活性56。
3. 通过创新的制备方法，如Zn辅助制备和二氧化硅气溶胶辅助制备，获得具有优异催化性能的催化剂6。
4. 优化催化剂结构，以提高贵金属的利用率和降低膜电极的用量，从而提升整体电池性能5。