在氫燃料電池的電堆中，電極上氫的氧化反應(yīng)和氧的還原反應(yīng)過程主要受催化劑控制。催化劑是影響氫燃料電池活化極化的主要因素，被視為氫燃料電池的關(guān)鍵材料，決定著氫燃料電池汽車的整車性能和使用經(jīng)濟性。催化劑選用需要考慮工作條件下的耐高溫和抗腐蝕問題，常用的是擔(dān)載型催化劑Pt/C（Pt納米顆粒分散到碳粉載體上），但是Pt/C隨著使用時間的延長存在Pt顆粒溶解、遷移、團(tuán)聚現(xiàn)象，活性比表面積降低，難以滿足碳載體的負(fù)載強度要求。Pt是貴金屬，從商業(yè)化的角度看不宜繼續(xù)作為常用催化劑成分，為了提高性能、減少用量，一般采取小粒徑的Pt納米化分散制備技術(shù)。然而，納米Pt顆粒表面自由能高，碳載體與Pt納米粒子之間是弱的物理相互作用；小粒徑Pt顆粒會擺脫載體的束縛，遷移到較大的顆粒上被兼并而消失，大顆粒得以生存并繼續(xù)增長；小粒徑Pt顆粒更易發(fā)生氧化反應(yīng)，以鉑離子的形式擴散到大粒徑鉑顆粒表面而沉積，進(jìn)而導(dǎo)致團(tuán)聚。

為此，人們研制出了Pt與過渡金屬合金催化劑、Pt核殼催化劑、Pt單原子層催化劑，這些催化劑最顯著的變化是利用了Pt納米顆粒在幾何空間分布上的調(diào)整來減少Pt用量、提高Pt利用率，提高了質(zhì)量比活性、面積比活性，增強了抗Pt溶解能力。通過碳載體摻雜氮、氧、硼等雜質(zhì)原子，增強Pt顆粒與多種過渡金屬（如Co、Ni、Mn、Fe、Cu等）的表面附著力，在提升耐久性的同時也利于增強含Pt催化劑的抗遷移及團(tuán)聚能力。

為了進(jìn)一步減少Pt用量，無Pt的單/多層過渡金屬氧化物催化劑、納米單/雙金屬催化劑、碳基可控?fù)诫s原子催化劑、M-N-C納米催化劑、石墨烯負(fù)載多相催化劑、納米金屬多孔框架催化劑等成為領(lǐng)域研究熱點；但這些新型催化劑在氫燃料電池實際工況下的綜合性能，如穩(wěn)定性、耐腐蝕性、氧還原反應(yīng)催化活性、質(zhì)量比活性、面積比活性等，還需要繼續(xù)驗證。美國3M公司基于超薄層薄膜催化技術(shù)研制的Pt/Ir(Ta)催化劑，已實現(xiàn)在陰極、陽極平均低至0.09mg/cm2的鉑用量，催化功率密度達(dá)到9.4kW/g（150kPa反應(yīng)氣壓）、11.6kW/g（250kPa反應(yīng)氣壓）。德國大眾汽車集團(tuán)牽頭研制的PtCo/高表面積碳（HSC）也取得重要進(jìn)展，催化功率密度、散熱能力均超過了美國能源部制定的規(guī)劃目標(biāo)值（2016—2020年）。后續(xù)，減少鉑基催化劑用量、提高功率密度（催化活性）及基于此目標(biāo)的MEA優(yōu)化制備，仍是降低氫燃料電池系統(tǒng)商用成本的重要途徑。

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