随着全球能源需求的增加，燃料电池因其可用于高效的化学能-电能转换，引起了广泛的研究与关注。阴极处的氧还原反应（ORR）是多电子多步反应，且反应动力学缓慢。铂以其优异的催化性能代表了目前开发最广泛的ORR电催化剂。与铂相比，钯作为ORR催化剂的研究相对有限。但是钯具有成本更低，丰度更高以及对甲醇的耐受性更好的优势，有望取代铂作为新一代的ORR催化材料。
近日，来自伦敦大学学院的何冠杰博士/Ivan Parkin教授课题组，与中科院福建物质结构研究所柴国良教授课题组合作，在国际知名期刊Energy & Environmental Science上发表题为“Palladiumalloys used as electrocatalysts for the oxygen reduction reaction”的综述文章。该综述文章结合了文献计量学方法和传统综述分析，总结了钯合金材料用于氧还原反应的前世今生，对反应机理，活性规律，合成方法进行了概括，并对未来的发展提出展望。
要点一：钯基ORR催化剂以及ORR火山曲线的发展
1997年钯合金首次被报道用于碱性氧还原，2004年首次用于酸性电解液，之后研究逐渐增多，近些年相关研究更是高速发展。催化剂的ORR活性与一系列因素有关，如氧结合能，金属的d带中心值，合金化程度等，两者形成火山型曲线，借助火山曲线可以更好地筛选出更加优质的ORR催化剂材料。
图1. 钯合金用于氧还原反应的时间线以及ORR火山曲线的发展
要点二：用于钯基ORR催化剂合成方法的比较
用于制备钯基ORR催化剂的方法被总结归纳。性质取决于结构，而结构则源于制备方法。不同的制备方法各有特点，想获取理想的材料，对于制备方法的选取尤其关键。
图2. 钯合金催化剂合成方法的总结与比较
要点三：酸碱溶液中具有较高ORR活性的代表性钯合金材料
具有高ORR催化活性的代表性钯基材料列于图3中。相比于酸性环境，碱性电解液中的钯基材料具有更高的ORR活性以及稳定性。通过总结比较高活性钯基催化剂的相关报道，为进一步的研究制备新型钯基材料提供指导与思路。
图3. 代表性钯合金催化剂
理想的钯基ORR催化材料需要兼备高活性和稳定性，较长的使用寿命以及低廉的成本，实现商业化仍有很长的道路要走。利用机器学习来更加深入地研究氧还原反应的动力学与热力学是未来发展的方向，同时，需要更多地关注催化剂的循环利用，降解与再生等问题。
图4. 理想的ORR催化剂以及未来展望
T. Wang, A. Chutia, D. Brett, P. Shearing, G. He, G. Chai and I. P. Parkin, Palladium alloys used as electrocatalysts for the oxygenreduction reaction, Energy Environ. Sci., 2021, DOI: 10.1039/D0EE03915B.
