于相国， 杨吴笑， 陈华锭， 刘 益， 张慧娟

（上海理工大学 材料科学与工程学院，上海 200093）

燃料电池是一种直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂的化学能转换成电能的发电装置。燃料电池制备技术具有燃料使用范围广、能量转换效率高、环境友好和可靠性高等优点，是一种极有前景的绿色能源技术[1]。缓慢的氧还原反应动力学过程使得铂基纳米材料成为目前最有效的催化剂，然而，铂基贵金属催化剂的高成本和有限储量限制了这些可再生能源技术的大规模商业化应用[2-4]。因此，开发非贵金属催化剂以完全或部分取代贵金属催化剂是目前的研究热点。相比其他催化剂，铁基催化剂由于来源广、成本低和稳定性好等特点，得到了广泛的关注。近年来，人们对铁基催化剂的研究有了很大的进展[5-7]。基于此，本文对近年来各类非贵金属铁基催化剂进行了综述，并在此基础上阐述了各类催化剂目前尚待解决的问题和发展方向。

1 氧还原反应

氧还原反应是一个复杂的多相催化过程。在氧还原反应过程中，影响电化学还原行为的主要因素是氧分子的外层电子。其分子轨道为(σ1s)2(σ1s*)2(σ 2 s)2(σ 2 s*)2(σ 2 p x)2(π 2 p y)2(π 2 p y)2(π2pz)2(π2py*)(π2pz*)。氧还原反应可以按2 电子转移和4 电子转移两种方式进行[8]。

在碱性环境中：

在酸性环境中：

研究表明，氧还原反应的机制取决于氧分子在催化剂表面的吸附模式。Yeager[9]研究认为，氧分子在过渡金属中主要存在三种吸附模式：(a)Griffths 模式；(b) Pauling 模式；(c) Bridge 模式。

2 铁基催化剂

2.1 碳化铁类催化剂

Wen 等[10]以铁基复合纳米棒为核，石墨碳为壳，合成了富氮核壳结构催化剂，在中性磷酸盐溶液中显示出比10%铂/碳催化剂更高的氧还原反应催化活性。……