质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为低温燃料电池技术的佼佼者，在氢能经济中扮演着重要角色。然而，PEMFC的商业化进程受到高成本和高依赖性于贵金属催化剂（尤其是铂）的限制。铂催化剂不仅资源稀缺、价格昂贵，而且在燃料电池运行过程中易发生团聚，导致活性位点密度降低，性能损失。此外，铂还易受空气中污染物和氢气中杂质的毒害，这进一步增加了燃料纯化的上游负担。因此，开发非贵金属（NPM）催化剂以替代铂基催化剂，成为提高PEMFC性能、降低成本的关键途径。本研究旨在综述非贵金属电催化剂在PEMFC中的最新研究进展，探讨其性能提升策略，为PEMFC的商业化应用提供理论支持和实践指导。

　　研究要点

　　1.非贵金属催化剂的种类与合成方法：研究综述了多种非贵金属催化剂，包括单金属、双金属及多金属催化剂，以及它们的主要合成方法。其中，M-N-C（M为过渡金属）型催化剂因其高活性和稳定性而备受关注。合成方法涉及湿化学浸渍法、热解法、化学气相沉积法等，这些方法通过精确控制催化剂的形貌、结构和组成，实现了催化性能的优化。

　　2.催化剂性能表征与当前限制：研究采用多种技术对催化剂进行表征，包括旋转圆盘电极（RDE）测试、X射线吸收光谱（XAS）、穆斯堡尔光谱等，以揭示催化剂的活性位点、电子结构和稳定性机制。然而，当前非贵金属催化剂仍存在诸多限制，如活性位点密度低、本征活性不足、稳定性差等。此外，催化剂在膜电极组件（MEA）中的性能与在RDE测试中的性能存在显著差异，这主要是由于MEA中的复杂环境对催化剂性能的影响。

　　3.催化剂在PEMFC中的性能与降解机制：研究评估了非贵金属催化剂在PEMFC中的性能，并与传统铂基催化剂进行了比较。尽管非贵金属催化剂在某些方面表现出与铂基催化剂相当的性能，但整体上仍存在一定差距。催化剂的降解机制包括活性位点脱落、质子传输受阻、离子聚合物污染等。这些机制共同导致了催化剂在PEMFC中性能的下降。

　　图文解析

　　研究结论

　　非贵金属催化剂在PEMFC中展现出一定的应用潜力，但仍需进一步提升其活性、稳定性和耐久性。催化剂的性能提升策略包括增加活性位点密度、设计高本征活性的催化活性位点、提高活性中心的利用率和暴露度等。催化剂的降解机制复杂多样，需通过改进催化剂设计和MEA结构来减缓降解过程。

　　未来研究应继续探索新型非贵金属催化剂的设计和合成方法，以实现更高性能、更低成本的PEMFC催化剂。催化剂的稳定性研究应更加深入，以揭示其在实际运行中的降解机制和影响因素。MEA的设计和优化也是提高PEMFC性能的关键环节之一，未来研究应关注催化剂与MEA之间的相互作用和影响。此外，为推动PEMFC的商业化应用，还需加强燃料电池系统的整体优化和成本控制研究。通过跨学科合作和技术创新，有望在未来实现PEMFC的大规模应用和推广。