作为一种清洁高效的发电装置,质子交换膜燃料电池具有极为诱人的应用前景。但其商业化受到两种瓶颈的制约,即价格和寿命。在目前广泛采用铂作为质子交换膜燃料电池催化剂的情况下,如何提高铂基催化剂的活性、利用率和寿命,对于提高质子交换膜燃料电池的性能以及推动其实际应用具有巨大的意义。本论文主要针对上述问题,制备了一种新型的催化层结构并对这种催化层结构进行了表征、分析和改进。这种新型的催化层结构是由原位生长于碳粉基体上的铂纳米线构成。其中碳粉基体由碳粉和ionomer构成,铂纳米线由甲酸还原氯铂酸得到,并且通过原位生长,使铂纳米线负载于碳粉基体层内。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等物理表征手段和极化曲线、循环伏安、电化学阻抗等电化学表征手段来分析这种催化层的结构和性能。通过和传统催化层对比,这种新型的催化层结构有以下几个特点,(1)所制备的铂纳米线为单晶铂纳米线结构;(2)铂纳米线沿着催化层内的次级孔通道生长;(3)首次制备出沿催化层方向连续梯度的铂分布;(4)即使在铂载量较低和催化剂活性面积较小的情况下,新型催化层结构仍展现出较高的性能;(5)制备方法简单,能够大幅度降低膜电极的造价,具有商业化的潜力。通过系统地研究各个参数对铂纳米线催化层结构和性能的影响,优化了这种催化层的结构。并通过改变此种催化层结构的基体层,改进了铂纳米线催化层的结构和性能。