催化剂的作用 

　　    阳极催化剂催化氢气的氧化反应，生成H⁺ 和电子。阴极催化剂催化氧气的还原反应，生成过氧化氢阴离子HO₂⁻。阳极催化剂一般使用碳载铂催化剂Pt/C（多复合Ru金属，将Co氧化为Co₂，增强抗中毒能力），阴极一般使用Pt（或Pt与过渡金属）为催化剂。

　　 催化剂的性能要求 

　　1、高的催化活性催化剂要对氢气的氧化反应和氧气的还原反应都具有较高的催化活性，而且还要对反应过程中存在的副反应具有较好的抑制作用。在众多金属元素中，Pt的催化活性都最高，因此多选用Pt为燃料电池的催化剂。(如图：Pt/C TEM图）

　　2、高的电催化稳定性催化剂的稳定性，取决于其化学稳定性和抗中毒能力，在电解质溶液中不被腐蚀，同时不容易被一些物质毒化。3、大的比表面积

　　电催化活性一般与催化剂的比表面积有关，比表面积大，电催化活性就高。活性碳或碳黑可以达到这样的效果。4、适当的载体催化剂的比表面积要大，其粒子要小，分散性要好。5、好的导电性因为氢和氧在催化剂上反应后的电子要通过催化剂传导，所以催化剂必须具有较高的导电性。灰色为载体，黑色为Pt颗粒

　　催化剂的制备

　　1、普通液相还原

　　液相还原法是使用较多的制备Pt/C和Pt-Ru/C催化剂的方法。将催化剂前驱体H₂PtCl₆溶解后，与活性炭载体混合，再加人还原剂，如NaBH₄、甲醛、柠檬酸钠、甲酸钠、肼等，使Pt还原沉积到活性炭上，洗涤、干燥后，就可得到催化剂。其典型的步骤如下：①将碳载体(VulcanXC-72)超声分散在水或水与乙醇(异丙醇)的混合溶液中，配成悬浮液，长时间进行搅拌，并加热至80°C;②缓慢滴加一定量的H₂PtCl₆溶液，然后再加人RuCl₃溶液，将溶液煮沸，并保持一定时间;③缓慢滴加过量的还原剂溶液进行还原，继续煮沸1h;④长时间进行搅拌，过滤，在80°C的真空干燥箱中烘干12h，即制得Pt- Ru/C催化剂。一般，Pt-Ru/C催化剂中金属颗粒的尺寸在2~5nm。

　　2、溶胶凝胶法

　　将催化剂前驱体H₂PtCl₆在有机溶剂中还原制备成溶胶，然后吸附在活性炭上，可以得到分散性好、均匀度较高的催化剂。该方法由Bonnemann首次报道。他们用PtCl₂和一种特殊的有机还原剂在有机溶剂中发生反应，制备Pt溶胶，然后把活性炭载体与Pt溶胶混合均匀，洗涤、干燥后，就得到Pt/C催化剂。用这方法曾制备过Pt-Ru.Pd-Au、Pt-Ru-Sn、Pt-Ru-MoPt-Ru-W等一系列多元金属溶胶，制得的催化剂中金属粒子的平均粒径较小，在1.7nm左右。但这种制备溶胶的过程极为复杂，条件苛刻，原料价格高，仅仅适用于实验室研究，而且用这种方法获得的催化剂往往含有一些杂质。最近,一些研究组在多元醇、乙醇或甲醇体系中制备高性能催化剂，制备过程大大简化。

　　3、固相反应法由于固相体系中粒子之间相互碰撞的几率较低，反应生成的金属粒子的平均粒径较小，结晶度较低，因此制得的催化剂的电催化性能较好。例如，在固相条件下，用H₂PtCl₆和聚甲醛及活性炭合成的Pt/C催化剂中的Pt粒子的平均粒径在了3nm左右，而用一般的液相还原法制得的Pt/C催化剂中Pt粒子的平均粒径在8nm左右，因此，催化剂的电催化活性比用液相反应法制得的Pt/C催化剂好很多。

　　 影响催化剂性能的因素 

　　(1）金属粒于的平均粒径为了提高电流密度，必须增加催化剂的比表面积，即要减小Pt粒子的大小。但也不是Pt粒子越小越好。因为Pt粒子太小，Pt粒子会不稳定。研究表明，在Pt粒子的粒径尺寸为3nm时，Pt催化剂的质量比活性最高。

　　(2）金属粒子的晶体性质催化剂中的金属粒子的晶体性质也与催化剂的性能有关。影响催化剂性能的晶体性质有两个方面：一是晶体结构，因为在不同的晶面上，催化剂的催化活性不同，一般认为在(111）和(100)晶面上，Pt原子的催化活性较高。不同晶体，（111)和(100)晶面的暴露程度不同，导致不同晶体结构的催化剂催化活性不同。二是结晶度，催化剂中金属粒子的结晶度对催化剂的性能有很大影响，一般来说,结晶度低，电催化性能好。

　　(3）金属粒子的表面粗糙度金属粒子的表面粗糙度对催化剂的性能也有影响，因为随着粗糙度增加，表面缺增多，处在表面缺陷点的原子往往比一般的表面原子对氢气有更强的解离吸附能力，能极大提升催化剂的催化活性。

　　氢燃料电池的工作原理主要是基于电解水的逆反应。在这个过程中，氢气和氧气分别被供给到阳极和阴极，氢气在阳极上通过电解质发生反应，释放出电子，这些电子随后通过外部的负载到达阴极，从而产生电能。   催化剂在氢燃料电池中起着至关重要的作用：①促进氢气和氧气的氧化还原反应，使反应速度加快，从而提高燃料电池的效率；②降低燃料电池的工作温度，使其能在更温和的条件下运行；③防止气体混合和污染，保证燃料电池的稳定性和安全性。

　　   氢燃料电池中常用的催化剂主要是铂（Pt）催化剂。铂具有良好的分子吸附、离解特性，因此成为目前最理想、也是唯一商业化的催化剂材料。然而，铂资源稀缺且价格昂贵，这限制了其大规模商业应用。因此，研究人员也在积极探索其他类型的催化剂，如低铂催化剂和非铂催化剂。低铂催化剂通过在铂催化剂中添加其他元素或化合物制成，这些元素或化合物可以增强催化剂的活性、稳定性和耐久性，从而降低铂的使用量。常见的低铂催化剂包括铁、铜、锌等。非铂催化剂则是一种新型的燃料电池催化剂，它不使用铂作为活性组分，而是由过渡金属氧化物、碳等材料制成。这些材料能与氢气发生反应，促进氢气分解成氢离子和电子，从而实现燃料电池的能量转化。常见的非铂催化剂包括碳纳米管、碳纤维、金属氧化物等。