早在上世纪60年代,发达国家就已经开展了对PEMFC的研究,目前为止已开始并向产业化发展,已经进行到由电堆的研究向整体系统开发的阶段[11]。我国于上世纪90年代中期开始对质子交换膜燃料电池展开研究。至1997年，原国家科委把“燃料电池技术”作为为国家第九个五年计划中重大科技攻关项目,其中PEMFC作为主要的研究项目[12]。20世纪60年代，美国首先将PEMFC应用于宇航飞行。到上世纪80年代，PEMFC取得了突破性进展，电池的工作性能和运行寿命大幅提高，能够制造出更大功率的电池，并且体积还比原先有所缩小。90年代以来，随着质子交换膜燃料电池技术的高速进步，各种运用这种燃料电池为动力的电动汽车相继问世。84819

由于PEMFC拥有高效、环保等优点，引起了世界发达国家和全球大公司的高度重视，并加大投入大力发展这一技术。美国政府将质子交换膜燃料电池技术作为影响美国国家安全和经济发展的关键技术领域之一；加拿大将燃料电池这一新兴产业作为国家知识经济的支柱产业之一重点开发；美国的通用、福特、克莱斯勒、德国的奔驰、日本的丰田等汽车公司均着重开发PEMFC汽车。

我国有中国科学院大连化学物理研究所、清华大学、武汉理工大学、上海空间电源研究所、上海神力等很多单位在对PEMFC进行研究，并取得了长足进展，PEMFC技术已基本成熟。

目前限制PEMFC的主要问题之一就是催化剂，下面列出了主要使用的Pt基催化剂的一些优点和目前两种有发展前景的两种新型催化剂：石墨烯和二硫化钼。铂催化剂：

质子交换膜燃料电池（PEMFC）是以氢气为燃料，以质子交换膜做为电解质阳极发生氢气氧化反应（HOR），阴极发生氧化还原反应（ORR）的燃料电池。该种燃料电池运行温度低（80℃),功率密度优秀，功率调节灵活等优点，是未来车用燃料电池的最佳选择[13]。然而正是由于该型燃料电池运行温度低，且为酸性条件下的反应，其反应的PH低，所以需要催化剂来催化阴阳极反应氧在阴极还原反应很慢，阴极Pt载量要比阳极多6~10倍[14]，即ORR的慢动力学限制了PEM燃料电池的应用。目前效果最好的催化剂是Pt或Pt基催化剂。据研究发现[15]，采用目前最高水准的铂纳米粒子Pt/C做催化剂，氧气极需求量接近0。4mgPt/cm2。但Pt单价较高，而且近期Pt价格持续走高，如果想要推动燃料电池的商业化，阴极Pt的用量必须减少，或者找到替代的催化剂。

石墨烯催化剂：碳系催化剂预计是最有前途的替代铂的催化剂，因为碳的含量丰富并且比铂催化剂便宜。例如，有研究发现官能石墨烯已经显示出有效的ORR过程[16]。石墨烯是一种具有显著特性与优点的复合材料，它有许多特点：柔韧性好、重量小、机械强度高、化学稳定性高等。石墨烯的微观模样，是由碳原子所组成的网状结构，且只有一层碳原子构成。同时正因为具有网状结构，所以由石墨烯制成的电极材料也拥有网状的多孔结构。目前已经通过实验证明了石墨烯薄膜可用于提取大气中的氢[17]，这意味着该材料能使燃料电池更容易从空气中提取氢。从这个方面看，石墨烯无疑是一种非常理想的电极材料。

据研究发现，葡萄糖还原石墨烯对氢气的吸附能力，在25bar，298K的条件下，最高可达2。7wt%；并随压力升高吸附氢气量越多，随温度升高，吸附能力降低[18]。此外，单一的铌原子掺杂石墨烯显示出比铂纳米粒子甚至更高的催化活性。另外，日本东北大学助教伊藤良一率领的研究小组利用片状石墨烯制作出立体结构,然后用气相沉积法给立体结构镀上氮和硫。结果发现,氮和硫的量越多,就越能高效催化制造出更多的氢。研究发现，如果在石墨烯催化剂中再加入镍,其制氢能力就有大幅度提升，甚至可以超过Pt催化剂[19]。二维硫化钼催化剂：二硫化钼，是辉钼矿的主要成分。它是一种黑色的、具有金属光泽的固体粉末。