质子交换膜燃料电池的大规模商业化对催化剂成本、活性和耐久性提出了更高的要求。与其他燃料电池关键组件不同，催化剂的稀缺性会导致其成本随着FC产品数量的增加变得更加昂贵。目前正在应用和开发的催化剂主要有Pt/C、Pt合金、核-壳、形貌控制晶体、纳米框架、非贵金属等催化剂。那么，从工业化角度看，这些催化剂到底能不能走向最后的产业化，面临的挑战又有哪些，该何设计催化剂和催化层呢？
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随着质子交换膜燃料电池应用进入众多领域，如备用电源、便携式电源、叉车、燃料电池汽车的公交车和乘用车等，燃料电池各组件(双极板、扩散层、聚合物和膜等)的成本有望通过规模经济得以持续下降。然而，有一种组件伴随燃料电池销量的增长，成本却变得更加昂贵—铂族金属催化剂(PGMs)。美国能源部(DOE)曾指出，催化剂在电堆总成本中的占比会从系统年产量1000套/年下21%提高至50万套/年的45%。
目前，质子交换膜燃料电池阴阳极皆需要铂族贵金属来催化氧化还原反应(阳极氢氧化反应，阴极氧还原反应)。铂族贵金属材料具备商品属性，资源稀缺。因此，在催化剂担载量没有显著降低的情况下，燃料电池的需求增长只会促进催化剂成本上升。由于氧还原反应(ORR)动力学较为缓慢(比氢氧化反应动力学慢约5个数量级)，铂族贵金属大部分都使用在阴极侧。
近年来，改进和提升阴极催化剂性能引起高度关注，包括改善催化剂活性、利用率、耐久性和稳定性。虽然未来质子交换膜燃料电池的重点应用场景是乘用车车，但中长期内，便携式电源、备用电源、叉车和公交车等将占据PEMFC较大市场份额。每个市场都有不同的产品(催化剂)要求，因此，燃料电池开发人员不仅需要关注乘用车燃料电池催化剂产品需求，还需紧紧关注其他公交车等其他市场的产品需求，因为这些市场才很大可能是正在开发的下一代催化剂商用化的首秀。
阴极催化剂分类、现状
在过去的近十年内，已开发了多种有潜在应用的阴极ORR催化剂，这些催化剂可大致分为：Pt/C催化剂、Pt合金催化剂、核-壳催化剂、非贵金属催化剂、形貌控制纳米晶体催化剂、纳米框架催化剂。上述均为担载型催化剂(催化剂担载在碳载体或其他纳米材料商)。由于3M公司开发的NSTF催化剂产品已停产，且NSTF催化剂结构独立、无聚合物，不在本次讨论之类。各种催化剂的大致开发和应用进展如下图所示。注意，仅从车用角度看，非贵金属催化剂可能因不符合性能、耐久性、稳定性和功率密度要求，被认为距离商用化应用最远。但非贵金属催化剂已接近便携式电源应用要求。从工业或商用角度看，每种催化剂都有其优缺点。
