PEMFC非金属催化剂的研究进展
氢燃料电池的研究进展
氢燃料电池的研究进展氢燃料电池是一种以氢气和氧气为燃料的电化学装置，通过氢氧气的化学反应产生电能，是一种非常环保和高效率的能源转换技术。
随着全球对清洁能源的需求日益增加，氢燃料电池作为一种可持续的能源解决方案受到了广泛的关注和研究。
在过去几十年中，氢燃料电池研究取得了显著的进展，下面将简要介绍一些重要的进展。
首先，氢燃料电池的效能得到了不断提高。
目前主要有三种类型的氢燃料电池，包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和碱性燃料电池（AFC）。
通过改进材料的性能、优化电池结构和提高催化剂的活性，研究人员取得了显著的效能提高。
例如，对于PEMFC，利用新型催化剂和离子交换膜可以大幅提高电池效能，将其推向实际应用的水平。
另外，SOFC的效能也得到了大幅提升，使得其可以在大规模电力生产领域应用。
其次，研究人员还在氢燃料电池的稳定性和寿命方面取得了重要进展。
在使用氧化还原反应产生水的同时，氢燃料电池中的催化剂也会逐渐失去活性，导致电池效能下降。
为了解决这个问题，研究人员不断改进催化剂的稳定性，提高电极材料的耐用性，并且设计新的寿命测试方法以评估电池的长期稳定性。
这些进展使得氢燃料电池的稳定性得到了显著提高，可以满足长时间运行的要求。
此外，氢燃料电池的制造工艺也得到了改进，使得成本得到了降低。
随着燃料电池市场规模的不断扩大，制造商开始采用大规模生产的方法，从而降低了部分组件的成本。
另外，利用新材料和新工艺的开发，能够更好地利用资源，减少材料的使用和废弃物的产生。
这些改进使得氢燃料电池的制造成本有所下降，有利于其商业化和大规模应用。
最后，氢燃料电池的应用领域也在不断扩展。
目前，氢燃料电池主要应用于交通运输领域，包括汽车、卡车和公共交通工具。
由于氢燃料电池的高效能和零排放特性，它们成为替代传统燃油动力的理想解决方案。
此外，氢燃料电池也逐渐应用于移动电源、能源存储和微型电网等领域。
随着相关技术的不断推进和成本的进一步降低，氢燃料电池在更广泛的领域中得到了应用。
与质子交换膜燃料电池有关的国家重点研发计划
与质子交换膜燃料电池有关的国家重点研发计划1. 引言1.1 概述质子交换膜燃料电池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，简称PEMFC）作为一种新型的绿色能源技术，受到了广泛关注和研究。
它具有高效转化化学能为电能的特点，并且不产生污染物。
近年来，随着全球对清洁能源需求的增加，PEMFC作为一种可持续发展的解决方案，正在成为能源领域的焦点之一。
1.2 文章结构本文将首先介绍质子交换膜燃料电池的原理和工作原理，包括其核心组件和作用机制。
接着，我们将探讨其在不同领域中的应用以及相比于传统能源技术的优势。
然后，我们将回顾国内外质子交换膜燃料电池技术发展的现状，并分析目前该技术面临的挑战与机遇。
接下来将重点关注国家重点研发计划在促进质子交换膜燃料电池技术发展中所起到的背景与意义，并阐述政策支持和投资情况。
此外，我们还将讨论国家重点研发计划的目标与作用。
然后，我们将详细介绍该计划的进展和成果，包括项目概述和实施情况、技术突破和创新成果以及产业化进展和市场应用情况。
最后，本文将总结国家重点研发计划对质子交换膜燃料电池技术发展所带来的价值与贡献，并展望其未来发展前景。
同时提出未来工作的建议和方向。
1.3 目的本文旨在系统地介绍与质子交换膜燃料电池有关的国家重点研发计划，在相关领域中取得的进展与成果，以及对于推动该技术实现产业化应用所起到的作用。
通过这篇文章，读者可以全面了解质子交换膜燃料电池技术在能源转型中的地位、国内外发展状况、以及我国政府对该技术进行支持与投资情况等内容，为进一步推动相关领域的研究和产业化应用提供参考和指导。
2. 质子交换膜燃料电池简介：质子交换膜燃料电池是一种基于氢能的新型清洁能源技术，利用质子交换膜作为电解质，将氢气和氧气作为燃料，在催化剂的作用下进行反应，产生电能和水。
质子交换膜燃料电池具有高效转化、零排放、低噪音和环保等优势。
2.1 原理和工作原理：质子交换膜燃料电池采用了两个半反应分离的设计。
离子交换膜燃料电池技术进展
1.交联聚合物中引入质子交换基团
聚合物基质的改性 商用聚合物膜的改性
聚合物基质的改性
在聚合过程中加入多官能度单体合成交联 聚合物, 然后通过磺化或共混酸性化合物引 入质子交换基团, 最后用溶液浇铸法等常用 的制膜方法制备成膜。这种质子交换膜具 备水凝胶的强吸水性, 在干膜或较低的相对 湿度下仍能保持较高的电导率。交联起到 限制水凝胶过度溶胀的作用, 使其在70 ℃ 以下具有良好的力学强度。
电池方面
质子交换膜 膜电极 催化剂层
气体扩散电极
双极板
扩散层
扩散层一方面提供反应气体、电子流和 排出生成水的通道，另一方面支持催化剂 层网络。一般应用炭纸或炭布制造，厚度 为0.18mm～0.35mm。炭纸、炭布的主要 原料是炭纤维，可分为聚丙烯腈基、沥青 基及粘胶基炭纤维三类。根据制造工艺不 同有普通型、高模量型和高强度型等系列 产品。
质子交换膜
质子交换膜是PEMFC的核心，其性能将直 接影响PEMFC的电池性能，能量效率和使 用寿命。PEMFC中应用最为广泛的质子交 换膜为美国Du Pont公司生产的Nafion全氟 磺酸质子交换膜。
1. Nafion膜的基本骨架是聚 四氟乙烯，一定长度的 主干链上接枝氟化的醚 支链，支链的末端为磺 酸基团。
离子交换膜燃料电池技术 进展
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前言
众所周知，第一代动力系统蒸汽机和 第二代动力系统内燃机消耗了大量不可再 生的化石能源资源，且造成了严重的环境 污染。人类社会的可持续发展问题正面临 严峻挑战。根据国际能源机构预测，随着 经济的发展、社会的进步和人口的增长， 全世界的能源消耗在今后20年至少增加一 倍。如果没有新型的能源动力，世界将从 目前的能源短缺很快走向能源枯竭。为解 决经济发展与能源短缺及环境污染之间日 益加剧的矛盾，发展清洁、高效、可持续 发展的新能源动力技术已成了十分紧迫的 任务。
质子交换膜燃料电池Pt-C电催化剂和膜电极的研究共3篇
质子交换膜燃料电池Pt-C电催化剂和膜电极的研究共3篇质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究1质子交换膜燃料电池Pt/C电催化剂和膜电极的研究质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种新型的绿色能源，具有高效、环保、安全等优点，在交通、通讯、军事等领域有广泛的应用前景。
其中，催化剂和膜电极是PEMFC中的核心组件，对其性能有着至关重要的影响。
Pt/C电催化剂是PEMFC任务的关键催化成分，它能够将氢气和氧气反应生成水，并释放出电子以供使用。
它具有优异的电催化性能，但也存在着一些问题。
首先，成本较高；其次，存在催化剂中毒现象，即金属Pt颗粒表面容易发生氧化、变形等现象，导致电催化性能下降。
对此，研究者通过合成各种新型催化剂，如Pd/C、Au/C等，优化了催化剂的成分和结构，使催化剂的性能得到了提升。
膜电极作为PEMFC的重要组成部分，它包含质子交换膜（PEM）、电极催化剂层以及电极支撑层等三个部分。
其中，PEM具有分离和传导质子的作用，电极催化剂层可以将氢和氧反应生成电子和水，而电极支撑层则起到支撑和导电的作用。
在PEMFC中，膜电极的性能直接影响着整个燃料电池的发电性能。
目前，研究者主要从材料、制备工艺以及结构等方面进行了改进和优化，如在PEM中引入新型功能单元，如多酸（H3PW12O40）、氧化石墨烯（GO）等，通过调控其结构和比表面积等参数，能够使其性能有所提升。
然而，Pt/C电催化剂和膜电极所存在的问题仍然不容忽视。
目前，研究者正在寻求解决这些问题的有效途径。
例如，可以通过调整Pt/C电催化剂的制备方法和成分结构，减少其成本，并提高其催化效率；在PEM中添加新型功能单元，改善PEM的性能，使其具有更好的质子通道、更优异的导电性能和更稳定的化学性能；在电极催化剂层中引入新型催化剂，如非贵金属催化剂等，降低催化剂成本，同时提高其催化效率及稳定性。
综上所述，Pt/C电催化剂和膜电极是PEMFC中的核心组件，对其性能有着至关重要的影响。
PEMFC催化剂调研报告
PEMFC催化剂调研报告1 PEMFC概述燃料电池是一种不经过燃烧直接将燃料的化学能以电化学反应方式变为电能的发电装置, 它作为一种能源利用的新技术，具有洁净、高效的特点。
燃料电池技术被认为是21世纪最为重要的新能源技术之一，最有可能的石油替代技术。
其中，低温燃料电池因具有工作温度低，启动快，能量转化率高等特点，是野外电站、电动汽车、便携式电源的理想替代电源，受到广泛的重视低温燃料电池，它是指低温下使用质子交换膜工作的燃料电池，包括H2/O2质子交换膜燃料电池（PEMFC）、直接甲酸燃料电池（DFAFC）和直接甲醇燃料电池（DMFC）等。
目前，质子交换膜燃料电池（PEMFC）技术取得了重大的突破成为燃料电池众多种类中最有希望实现商业化的低温燃料电池之一。
PEMFC为适用范围最广的燃料电池类型之一，主要包括固定式电源和移动式电源两类。
固定电源：PEMFC可以做成任意规模的发电装置，适宜作为分散型电站，可以与电网供电系统共用，主要用于调峰，也可以作为分散型主供独立电源。
移动式电源：PEMFC具有工作温度低、启动速度快、功率密度高和体积小等特点，可以用作车用动力源及一些便携小型移动电源。
其中，PEMFC电动车被公认为是电动车的未来发展方向。
1.1 PEMFC工作原理PEMFC结构和工作原理如图1所示，工作时，阳极通过管道或导气板供给燃料（H2）到达阳极，发生氧化反应，氢在阳极分解成带正电的氢离子和带负电的电子，而质子穿过质子交换膜电解质到达阴极；电池的另一端，阴极通过管道或导气板供给氧化剂（如空气），发生氧还原反应（Oxygen reduction reaction, ORR）。
同时，电子通过外电路流向阴极，最终，氧气与氢离子和电子在阴极催化剂的作用下反应生成水。
与此同时，电子在外电路的连接下形成电流，通过连接负载输出电能。
具体的半电池电化学反应和总反应如下：阳极反应: H2 → 2H+ + 2e-（1-1）阴极反应: 1/2 O2 + 2H+ + 2e-→ H2O （1-2）总反应：H2 +1/2 O2 →H2O+ Q1+ Q2 （1-3）Q1 为反应过程中释放的电能，Q2 为反应过程中释放的热能。
电化学合成技术在能源化学中的研究进展
电化学合成技术在能源化学中的研究进展能源是人类社会发展的重要物质基础，随着全球能源需求的不断增长和传统能源的日益枯竭，开发新型、高效、清洁的能源技术已成为当务之急。
电化学合成技术作为一种具有巨大潜力的能源转化和存储手段，在能源化学领域取得了显著的研究进展。
电化学合成技术是通过在电极表面发生的氧化还原反应，将电能转化为化学能或反之，从而实现物质的合成和转化。
这一技术具有许多独特的优势，如反应条件温和、选择性高、易于控制等，使其在能源化学领域得到了广泛的应用。
在能源存储方面，锂离子电池是目前最为常见的电化学储能装置之一。
通过电化学合成技术，可以制备出高性能的电极材料，如锂离子电池的正极材料（如钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等）和负极材料（如石墨、硅基材料等）。
这些材料的性能直接影响着锂离子电池的能量密度、充放电性能和循环寿命。
近年来，研究人员通过优化电化学合成条件，如控制电位、电流密度、反应时间和温度等，成功地制备出了具有纳米结构的电极材料。
纳米结构可以增加电极材料的比表面积，提高离子和电子的传输速率，从而显著改善锂离子电池的性能。
除了锂离子电池，超级电容器也是一种重要的电化学储能装置。
超级电容器的电极材料通常包括碳材料（如活性炭、石墨烯、碳纳米管等）和赝电容材料（如金属氧化物、导电聚合物等）。
电化学合成技术可以实现对这些电极材料的精确调控，例如通过电沉积法在电极表面生长出具有特定形貌和结构的金属氧化物或导电聚合物，从而提高超级电容器的比电容和功率密度。
在能源转化方面，电化学合成技术在燃料电池领域也发挥着重要作用。
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的装置，其中质子交换膜燃料电池（PEMFC）和固体氧化物燃料电池（SOFC）是研究的热点。
对于 PEMFC，电化学合成技术可以用于制备高性能的催化剂，如铂基催化剂和非铂催化剂。
通过控制催化剂的组成、粒径和形貌，可以提高催化剂的活性和稳定性，降低燃料电池的成本。
燃料电池的发展现状及研究进展
燃料电池的发展现状及研究进展燃料电池作为一种清洁能源技术，受到了全球范围内的广泛关注。
它能够将化学能转化为电能，并且只产生水和热作为副产物，不会产生有害物质，具有很高的能量转化效率和零排放的特点。
因此，燃料电池被认为是解决能源和环境问题的理想选择。
在过去的几十年里，燃料电池的发展取得了巨大的进展，下面将对其现状和研究进展进行介绍。
首先，燃料电池的发展现状。
目前，燃料电池主要包括质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和燃料电池。
聚合物电解质燃料电池（PAFC）等几个主要类型。
其中，PEMFC是目前应用最广泛的一种燃料电池，主要用于汽车和小型移动设备。
SOFC由于其高温运行特性，被广泛应用于大型电力系统和工业领域。
AFC早在燃料电池研究的早期就被发展出来，目前在一些特殊领域如宇航等得到了应用。
另外，还有其他类型的燃料电池如碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）等，不同类型的燃料电池适用于不同的应用场景和需求。
其次，燃料电池的研究进展。
燃料电池的研究主要集中在提高性能和降低成本两个方面。
在性能方面，研究人员致力于提高燃料电池的功率密度和能量效率。
例如，通过优化催化剂的设计和合成，改善了燃料电池的催化剂活性和稳定性。
此外，探索新型电解质材料和电极材料，如合金储氢材料、碳纳米管等，也为提高燃料电池性能提供了新的途径。
在成本方面，研究人员致力于降低燃料电池的原材料成本和制造工艺成本。
例如，开发更便宜的催化剂替代品，改进制造工艺等。
此外，维护和管理燃料电池的寿命也是一个重要的研究方向。
因为燃料电池的寿命直接影响其经济性和可靠性。
此外，燃料电池的应用领域也在不断扩大。
除了传统的汽车和移动设备领域，燃料电池还得到了微型电网、船舶、飞机、无人机等更广泛的领域的关注。
例如，由于其高电能密度和长时间稳定性，燃料电池被广泛应用于微型电网系统中，以实现可靠的电力供应。
此外，由于其轻量化特性和零排放的特点，燃料电池在船舶、飞机和无人机领域也具有巨大的应用潜力。
微型燃料电池的研究进展及其应用
微型燃料电池的研究进展及其应用微型燃料电池（Micro Fuel Cell）是一种以氢气为燃料，通过电化学反应来产生电能的装置。
它的优点在于其能够长时间地提供电能，而且对环境污染很小。
现在，微型燃料电池在电子产品、医疗设备、汽车等领域有广泛的应用。
一、微型燃料电池的种类微型燃料电池的种类有多种。
其中，最常见的是直接氧化燃料电池（DMFC，Direct Methanol Fuel Cell）和贵金属催化剂燃料电池（PEMFC，Proton Exchange Membrane Fuel Cell）。
1. 直接氧化燃料电池直接氧化燃料电池的优点在于它使用简单和便携。
它主要用于小型电子器件，如手机和笔记本电脑等。
目前，直接氧化燃料电池的输出功率较低，无法满足更大功率的设备要求。
2. 贵金属催化剂燃料电池贵金属催化剂燃料电池的优点在于它的输出功率高，长时间工作稳定，能够满足更大功率的设备要求。
贵金属催化剂燃料电池主要用于汽车、卫星和宇宙飞船等领域。
二、微型燃料电池在电子产品中的应用微型燃料电池可以用于替代电池。
电池需要经常更换或充电，而微型燃料电池在使用期间能够长时间地提供电能。
微型燃料电池在电子产品中的应用范围很广，包括手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、智能眼镜等。
微型燃料电池在电子产品中的应用还有一个好处是，它可以极大地缩小电子设备的尺寸和重量，使得设备更便携和易于携带。
特别是对于眼镜、手表等小尺寸设备而言，电池的重量和尺寸是一个重大的问题，微型燃料电池的应用可以使这些设备更加轻便和便于携带。
三、微型燃料电池在医疗设备中的应用微型燃料电池在医疗设备中的应用与其在电子设备中的应用类似，它能够提供长时间的电力，为设备提供持续的电源。
医疗设备需要更加安全和稳定，因此微型燃料电池的稳定性和安全性在这方面显得尤为重要。
微型燃料电池在医疗设备中的应用范围也很广，它可以用在集中监测器、心脏起搏器、呼吸机、喷雾器等设备中。
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电池BATTERY BIMONTHLY Vol.49,No.1 Feb.,2019第49卷第1期2019年2月DOI：10.19535/j.1001-1579.2019.01.019 pemfc非金属催化剂的研究进展康启平▽,张国强I,张志芸八2,刘艳秋-2（1.北京亿华通科技股份有限公司，北京100192； 2.北京市氢燃料电池发动机工程技术研究中心，北京100192）摘要：综述近几年质子交换膜燃料电池（PEMFC）非金属催化剂的研究进展，主要包括N、B、P、S等单一原子掺杂碳材料和多元掺杂凌材料。
概述非金属催化剂面临的困难及发展方向。
关键词：质子交换膜燃料电池（PEMFC）；非金属催化剂；氧还原反应（ORR）；氮掺杂碳催化剂中图分类号:TM911.46文献标志码：A文章编号：1001-1579（2019）01-0076-03Research progress in metal-free catalysts for PEMFCKANG Qi-ping12,ZHANG Guo-qiang1,ZHANG Zhi-yun12,LIU Yan-qiu12(1.Beijing Sinohytec Co.,Ltd.,Beijing100192,China； 2.Beijing Hydrogen Fuel Cell Engine TechnologyResearch Center,Beijing100192,China)Abstract：The research progress in metal-free catalysts for proton exchange membrane fuel cell(PEMFC)in recent year was reviewed,including single atom doped with carbon materials such as N,B,P or S and multielement doped carbon materials.The remaining challenges and research directions were proposed in metal-free catalysts for proton exchange membrane fuel cells.Key words:proton exchange membrane fuel cell（PEMFC）；nitrogen-doped carbon catalyst目前,质子交换膜燃料电池（PEMFC）催化剂的核心成分是贵金属钳（Pt）。
相对于阳极（氢电极）的氢氧化反应，阴极（空气电极）的氧还原反应（ORR）更慢，因此,PEMFC催化剂贵金属Pt主要用在阴极ORR上。
Pt基催化剂成本高、原料储量有限以及易中毒的缺点，限制了PEMFC的大规模商业化应用。
开发低成本、高活性的非贵金属催化剂，可以降低PEMFC的成本，并推动大规模商业化应用⑴。
非金属催化剂的0RR催化活性和稳定性都比较高，有望替代Pt基催化剂。
目前,非金属催化剂中研究最多的是杂原子掺杂纳米碳材料，包括单一原子掺杂碳材料（如N、s、p和B等）⑴和多元掺杂碳材料（如N/S、N/B、N/P和N/P/S）m。
非金属催化剂还有两个亟待解决的问题:①在酸性介质中的ORR催化活性相对较低，无法满足PEMFC的使用要求;②对不同原子掺杂碳材料的ORR催化机理仍不明确。
metal-free catalyst；oxygen reduction reaction(ORR)；本文作者综述了PEMFC非金属催化剂近几年的研究进展和存在的问题，旨在为非金属催化剂的设计、合成提供一定的指导和参考,为非金属催化剂的发展提供方向。
I单一原子掺杂碳材料1-1氮掺杂碳材料氮（N）掺杂碳材料的过程相对简单且容易实现，且N掺杂碳材料的ORR催化活性和稳定性都较高，因此，在各类杂原子掺杂碳类材料中，N掺杂碳材料是目前研究最多的⑷。
氮原子的掺杂结构对催化剂的性能起主导作用。
N掺杂碳材料有5种键合形式，分别是毗I®氮、毗咯氮、石墨氮、購氮和氧化氮等。
哪种N掺杂碳材料的活性最好，目前还不明确。
W.Ding等⑼认为：毗睫氮和毗咯氮具有二维平面结构,而石墨氮表现为三维不平整结构。
当N掺杂浓度较低作者简介：康宕平（1980-）,男，江西人，北京亿华通科技股份有限公司工程师，博士，研究方向：燃料电池及应用，本文联系人;张国强（1981-）,男，山西人，北京亿华通科技股份有限公司高级工程师，博士，研究方向：燃料电池应用及产业化；张志芸（1984-）,女,甘肃人，北京亿华通科技股份有限公司工程师，博士，研究方向：燃料电池技术及应用；刘艳秋（1971-）,女，河北人，北京亿华通科技股份有限公司高级工程师，硕士，研究方向：燃料电池技术及应用。
基金项目：北京市科技计划项目（Z171100000917019）第1期康启平，等：PEMFC非金属催化剂的研究进展77时,容易形成三维不平整结构的石墨氮.破坏石墨烯原有的共辄大TT键，使N掺杂石墨烯材料的导电性变差，降低ORR 催化活性;当N掺杂浓度较高时，容易形成具有二维平面结构的毗呢氮和毗咯氮,使平面共辄大tt键结构得以保留.N 掺杂石墨烯材料的导电性较高，因此ORR催化活性较好。
制备高性能N掺杂碳材料的方向，是形成具有二维平面结构的毗噪氮和毗咯氮，减少或抑制三维不平整结构的石墨氮。
掺杂碳材料的N含量和比表面积对催化性能有重要的影响，采用模板法可以增加催化剂的比表面积。
J-Z.Huang 等⑷采用三聚氧胺纤维为模板，制备N掺杂碳纳米带（NC-NR）催化剂，通过N原子和碳纳米带结构的协同效应,NCNR 催化剂展现岀很好的ORR催化活性，具有比商业化20% Pt/C催化剂更好的稳定性和抗甲醇性能。
Y.L.Liu等⑺以层状介孔二氧化硅球为硬模板，甲基紫为C源和N源,通过纳米刻蚀法制备N掺杂层状碳微球（N-HCS）。
N-HCS材料的比表面积高达1413m2/g,在碱性介质中具有较高的（）RR催化活性和电流密度，起始电位接近商业化Pt/C催化剂，同时，稳定性和抗甲醇渗透性比Pt/C催化剂更好。
N-HCS的高ORR催化活性源于N掺杂碳基材料的高导电性能和层状多孔结构。
L M.Cao等⑻认为：在N 源充足的环境中很容易掺杂，得到N掺杂，碳催化剂，ORR 催化活性和稳定性均比N掺杂石墨化碳要好。
N掺杂无定形碳催化剂的ORR催化活性和稳定性比Fe-N-C催化剂更好,说明含氮量和毗喘氮/石墨氮的含量对ORR催化活性也会产生影响。
W.Yan等⑼以聚苯乙烯中空炭微球（PSMs）为模板制备N掺杂石墨烯中空炭微球（NGHMs）,NGHMs中的N质量分数达到7.13%。
NGHMs催化剂在碱性溶液中表现岀很高的ORR催化活性，电流密度略低于商业化40%Pt/C o N含量和中空微球结构对NGHMs的催化活性起主要作用，ORR催化按4电子过程进行。
尽管N掺杂碳材料还面临催化机理不明确、酸性介质中催化性能低于商业化Pt/C催化剂等问题，但仍是有发展潜力的PEMFC用非金属催化剂之一。
1.2硼、磷掺杂碳材料非金属元素B、P等掺杂碳材料具有较理想的ORR催化活性。
由于B和P的电负性都低于C,掺入B或P后会部分携带正电荷，而周围的C部分携带负电荷。
B元素的2p,空轨道可与碳的离域F轨道产生共純作用，活化离域f电子，强化石墨的s『杂化结构："，提高B掺杂碳材料的ORR催化活性。
I.J.Yang等用化学气相沉积法制备B质量分数为0.86%、1.33%和2.24%的掺杂碳纳米管（BCNTs）催化剂。
在碱性条件下，BCNTs的ORR催化活性随B含量的增加而提高。
ORR催化性能的提高源于B的2p,轨道与碳的轨道的共觇作用,催化按2电子过程进行。
类似于N掺杂碳纳米管（NCNTs）催化剂，BCNTs催化剂的稳定性和抗CO中毒性能也很好，但在酸性条件下.BCNTs的ORR催化活性低于商用Pt/C催化剂，甚至低于NCNTs催化剂。
P掺杂可以提高碳原子的电荷离域，形成有边缘位点的碳结构，增加活性位点，提高ORR催化活性。
P掺杂与B掺杂不完全相同，原因是P的价电子比C多1个。
Z.W.Liu 等mi等制备的P掺杂还原氧化石墨烯（P-RGO）催化剂与商业化Pt/C催化剂相比，稳定性更好、抗CO中毒能力更强。
A.A.Ensafi等:切制备的P掺杂氧化石墨烯（P-GO）催化剂的ORR催化活性和抗甲醇（乙醇）性能良好，与商业化Pt/C 催化剂相比，选择性更高、耐久性更好且电化学稳定性更强。
尽管B、P掺杂碳材料催化剂的ORR催化活性不如商业化Pt/C催化剂，但具有比Pt/C催化剂更好的稳定性和抗CO 中毒能力，在非金属催化剂研究中具有一定的价值。
1.3硫掺杂碳材料除了研究掺杂电负性比C大的N或比C小的B、P等掺杂元素，电负性与C相近的S也受到广泛关注。
C.Y.Zhai 等以二甲基矶和氧化石墨烯为原料，采用简便的方法制备S掺杂还原氧化石墨烯（S-RGO）纳米片，相比商业化20% Pt/C催化剂,S-RGO具有更好的耐甲醇腐蚀性、稳定性及抗CO中毒性能。
Y.Sun等""采用原位掺杂法制备具有微孔结构的S掺杂碳微球，比表面积超过503m2/g0S掺杂的碳微球的ORR催化活性和稳定性比未掺杂时更好，原因是S掺杂到适当的碳晶格中，改变了晶体结构及微球的比表面积，且S含量对掺杂碳微球的ORR催化活性起关键的作用。
M.Klingele等““研究了S掺杂碳材料在酸性和碱性电解质中的ORR催化活性，发现S掺杂还原氧化石墨烯（S-rGO）中,S的质量分数约为2.2%时,在酸性和碱性电解质的氧还原起始电位分别为0.30V和0.74V o S掺杂碳材料催化剂虽然有较好的耐甲醇腐蚀性、稳定性及抗CO中毒性能，但在酸性和碱性电解质中的ORR催化活性都有待提高。
2多元掺杂碳材料采用单一原子掺杂碳材料,打破了纯碳材料的电中性，激活了碳原子上的F电子，可提高碳材料的氧还原活性。
单一原子掺杂碳材料的活性位点较少，对氧物种的吸附能力不足,导致活性位点的活性较低。
人们对两种或多种元素共掺杂碳材料进行研究，利用杂原子的协同效应,改善碳材料对氧物种的吸附能力，以提高ORR催化活性和稳定性。
王海文等"I釆用二氧化硅硬模板法制备硫氮共掺杂的有序介孔碳（SN-OMC）,由于碳骨架中共掺杂S、N原子的协同效应及有序介孔结构，增加了掺杂碳材料的活性位点，使SN-OMC催化剂具有与商业化Pt/C催化剂相当的ORR催化活性，同时具备长时间稳定性和优良的抗甲醇性能。