第一作者：罗二桂、楚宇逸
通讯作者：邢巍研究员，刘长鹏研究员，葛君杰研究员，Chang Hyuck Choi
通讯单位： 中科院长春应化所，韩国光州科学技术院
论文DOI：10.1039/D1EE00142F
本文综述了燃料电池阴极氧还原热解型M-Nx催化剂的研究进展，系统总结了氧还原的基础电化学知识、M-Nx材料催化活性中心的发现历程、先进原位与非原位表征技术的应用方法、高效活性位点催化剂的合成设计，并阐明了稳定性与电化学测试标准等方面的挑战与未来研究方向。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为新能源汽车战略的重要方向，正驶入快车道。然而，燃料电池的电极反应，尤其是阴极氧还原（ORR）高度依赖于贵金属铂（Pt）催化剂，导致的成本、资源不足和耐久性问题日益突出。因此，研究廉价的非贵金属催化剂来替代Pt对于燃料电池走向大规模应用具有重要意义。
作者首先简要概述了非贵M-Nx催化剂的ORR反应机理以及与贵金属Pt基催化剂的差异性，然后总结了热解型M-Nx催化剂的发展历史、优势和当下最新的研究进展。
图1. 氧还原反应机理示意图；活性中心金属与结合能的火山曲线图
图2. 先进表征技术对M-Nx材料结构的综合分析
图3. 原位XAS技术对Fe-Nx/C催化剂的表征
图4. M-Nx/C型催化剂的通用合成步骤示意图
图5. 电化学与DFT结合的Fe基催化剂芬顿效应研究
图6. 代表性高稳定性新型M-Nx催化剂工作
近十年的M-Nx/C型催化剂工作已经在未来的燃料电池应用上展现出了巨大的应用潜力。尽管前方仍然存在着种种挑战，但是我们乐观地相信随着更多研究方法的出现、表征技术的进步、理论知识的深入，最终会推动理想M-Nx/C型催化剂的出现，以不辜负在这个领域耕耘了半个世纪的科研工作者们。
E. Luo, Y. Chu, J. Liu, Z. Shi, S. Zhu, L. Gong, J. Ge, C. H. Choi, C. Liu and W. Xing, Energy Environ. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D1EE00142F
https://doi.org/10.1039/D1EE00142F
邢巍，中国科学院长春应化所研究员，博士生导师，二级教授，先进化学电源实验室主任，吉林省低碳化学电源重点实验室主任，吉林省化学电源工程实验室主任。中国化学会电化学专业委员会副主任委员、国际电化学会会员、《电化学》编委。研究兴趣为可再生资源制备氢能与燃料电池，包括质子膜交换燃料电池、小分子催化分解制氢、闲置风电电解水制氢技术，先后主持过数十项国家及省部级科研项目，如：“十二五”863主题项目“先进燃料电池发电技术”首席专家；科技部重点研发项目“MW级固体聚合物电解质电解水制氢技术”项目等。取得的成果以通讯作者发表在Nature Commun., JACS, Angew. Chem. Int. Ed, Adv. Mater., Energy. Environ. Sci.等。
刘长鹏，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师。主要从事燃料电池、固体聚合物电解质（SPE）电解水方向上的电催化剂、催化电极和膜电极集合体（MEA）、电堆组装、运行、电源（及电解）装置等研究。改进并发明了多项膜电极集合体的制备技术，并通过加强电池各种运行条件如水、热的管理提高了电池的性能。设计、研发、组装了多个移动式燃料电池电源系统及SPE电解水制氢装置，开展了验证性应用研究。已发表相关论文200余篇，申请及授权专利30余项，获吉林省自然科学一、二等奖2项。
葛君杰，理学博士，中国科学院长春应用化学研究所研究员，博士生导师，研究兴趣为氢能与燃料电池。获科学院人才计划支持, 主持多项国家及省部级科研项目，如国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目等。近年来作为通讯作者已在包括J. Am. Chem. Soc., Nature Commun., Angew. Chem. Int. Ed., Science Bulletin, Energy. Environ. Sci., ACS Energy Letter等发表SCI论文>80篇, 多篇被选为高被引论文。兼职《应用化学》编委，CCL青年编委，IOAEES青年理事等。
本课题组招聘催化方向特别研究助理：长春应化所特别研究助理待遇优厚，税前18-21万年薪+3万元基本绩效。本实验室致力于解决先进电源材料及集成技术、研发先进清洁电源。主要研究方向为：PEM能量转换体系材料与系统（燃料电池与SPE电解水工程）。本实验室现有研究员3人，副研1人，固定职工共10人，在籍研究生20人。
