近幾年來，全球暖化的情勢日益嚴重。科學家們追溯其原因，主要歸咎於溫 室氣體的比例大幅增加。隨著汽機車使用量增加、燃燒能源，排放出來大量的 CO2；樹木遭到砍伐、石化能源大量挖出，使得原本儲存在內的 CO2暴露在大氣 中，造成全球年均溫上升、冰山崩塌、海平面上升，導致地球越來越不適合居住。
因此，發展綠色能源成為刻不容緩的議題，其中，燃料電池是利用氫氣與氧 氣反應成水的化學能轉換成電能，不論是反應物還是產物皆不會汙染環境，而效 能也足夠應用在汽車、手機、筆記型電腦及醫院的備用電力上。如下圖一所示，
燃料電池主要有鹼性燃料電池(AFC)，熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 、磷酸燃料 電池(PAFC) 、固態氧化物燃料電池(SOFC) 、質子交換膜燃料電池(PEMFC)和 直接甲醇燃料電池(DMFC)六種 1。其操作攝氏溫度分別為 60~250、600~700、
110~220、600~1000、40~110 以及 40~80℃，其輸出效能分別為 100 W~100k W、
100k W~100M W、10k W~10M W、10k W~100M W、10 W~10k W、1 W~100 W。
其中，質子交換膜燃料電池的操作溫度較低，適合應用於汽機車和可攜式裝置(例 如：手機)中。
圖 1-1、各類型燃料電池之效能與操作溫度1
質子交換膜燃料電池的基礎原理為：陽極端的氫氣解離為氫離子與電子，氫 離子穿越由兩觸媒電極包夾著一高分子膜組成的膜電極組(Membrane Electrode Assembly, MEA)到達陰極端與氧氣結合產生水；而電子經由外迴路提供日常所需
第一個應用在非白金觸媒的材料是 CoPc，為 Jansinki 等人首先使用並發表 在 Nature 期刊上，其構想源至於血球中的血紅素結構，CoPc 由環氮錯合物包覆 著中心過度金屬，只可惜此觸媒尚未應用在全電池中11。
於 1993 年，Biloul 教授所領導的團隊使用 Face-to-face Co-phthalocyanine dimer 用來做氧氣還原觸媒，測量出來的電子轉移數高達 3.8 12。
Zelenay 教授使用 Co-polypyrrole/C 作為非貴重金屬觸媒，並且在 Nature 期 刊上聲稱此先例具有單電池效能最高 140 mWcm-2，創下當時非白金觸媒應用在 燃料電池上的新紀錄13。
2009 年，Dodelet 教授在 Science 期刊上提出使用鐵金屬在含氮氣氛下混合 碳材，測出來的全電池效能也有 200 mWcm-2 14。
該年，Dai 教授提出使用奈米碳管摻雜氮的方式去應用在氧氣還原反應，雖 然想法創新，且具備氧氣還原能力，但實際上，沒有電池的應用，而且非金屬觸 媒作為還原反應與之前的論點大相違背，在以往的研究論點中金屬觸媒主要氧氣 還原的活性端，所以此項研究還有待探討與商議15。
Zelenay 教授於 2011 年發表的 Science 期刊上，強調是以鐵鈷金屬與 polyaniline(PANI)混合碳材，其電池穩定性高達 700 小時，並且發展出金屬-含氮 類-石墨烯(Metal-N-containing grapheme-like structure)的非白金觸媒，作為催化氧 氣的重要來源16。
在同一時間，Dodelet 教授又有新的研究發表在 Nature communications 上，
他是以一個新的觸媒 MOF(metal-organic-framework)作為觸媒，這樣的創意也是 瓊教授和台灣科技大學材料系王丞浩教授在 Energy ＆ Environmental Science 發 表以鈷為中心鍵結四個氮的環狀結構之維他命 B12 作為陰極端觸媒，測試出來 的單電池效能高達 370 mWcm-2，經由 100 小時定電位穩定度測試，電流衰減微
乎其微19,20。
同年，他們也以自行合成的非對稱環氮觸媒：Cobalt Corrole 作為非白金觸 媒應用在質子交換膜燃料電池中，此研究發表在 Advanced Functional Materials 期刊中，經過一百小時定電位測試後，電流絲毫沒有任何的損失，可見其觸媒的