陈繁荣，张琬瑶，张雨欣，李昭昭，员双刚

(延安大学化学与化工学院 陕西省化学反应工程重点实验室，陕西 延安 716000)

化石能源的过度消耗，致使能源与环境危机日益严重，“清洁、低碳、安全、高效”的能源变革已势在必行。燃料电池相比于其他的能源转化装置，具有燃料来源广、无污染、效率高等优点，因此也被认为是最有效的绿色能源转化技术之一。燃料电池中，阴极发生氧还原反应(ORR)路径较复杂、中间产物较多、反应活化能较高等因素导致化学动力学缓慢，大大降低了效率。贵金属催化剂具有优异的ORR性能，但成本高、储量稀缺、稳定性差等问题极大限制了其应用。因此开发高性能(兼具高活性和高稳定性)、低成本的氧还原催化剂具有重要的研究意义和广泛的应用前景。

作者基于氧还原反应的机理及影响因素，总结了各类催化剂的优缺点，探讨了各种催化剂发展面临的挑战和解决措施，为催化剂的设计开发提供思路。

1 氧还原反应概述

1.1 氧还原反应过程

氧还原反应机理较复杂，包含多个反应路径和中间产物。可简单的分为四电子途径和二电子途径，反应途径与电解质溶液的酸碱有关。

二电子途径如下。

四电子途径如下。

ORR可能的反应途径见图1，高活性的ORR催化剂一般为四电子反应途径，相比二电子途径具有更高的输出电压和能量转换效率,但还原电位和反应能垒较高，因此需要提高催化剂的活性，避免发生二电子反应路径。

图1 氧还原反应途径