由于严重的环境污染和稀缺的化石能源,可再生和可持续能源的开发和利用受到越来越多的关注。质子交换膜燃料电池是通过在电极处发生电化学反应使化学能直接转换成电能的装置,有着能量密度高、工作温度低、启动快、绿色环保等优点,对可持续能源的开发和利用方面具有广阔的应用前景。高性能低成本是其发展方向,阴极需要高的Pt负载来催化缓慢和限速的氧还原反应。目前,商业Pt/C的零维结构和高表面积容易产生团聚和颗粒增大导致催化剂活性降低。一维结构的Pt纳米线催化剂是降低Pt含量提高催化活性的最有希望的方法。本工作的研究主要集中在改善阴极Pt纳米线催化层的结构,提高Pt利用率和电池性能。本论文采用湿化学法在碳基底上原位生长Pt纳米线,制备梯度铂纳米线催化层,然后采用热转印法制备膜电极用于测试和表征,分析了不同条件对Pt纳米线生长和分布的影响,探讨了催化层结构对单电池性能影响的机理。主要开展了以下研究工作:(1)研究了还原剂浓度和反应温度对Pt纳米线在碳基底上生长形貌和分布的影响。还原剂浓度主要影响Pt纳米线长度,反应温度主要影响Pt纳米线直径。在甲酸浓度为0.372 M和20℃的条件下,获得最优的催化剂性能。Pt负载为0.3 mg cm-2的自制催化剂在0.6 V时的功率密度比同条件商业JM Pt/C高13.9%。(2)在基体中引入Pt颗粒种子获得混合基底,通过种子介导的方法获得了具有受控尺寸和分布的Pt纳米线,通过保持Pt种子含量恒定,改变Pt/C种类和碳含量以调节种子在碳上和基质中的分布,研究了Pt种子分布对Pt/C和碳混合基体中Pt纳米线生长的影响,该方法提高了铂的利用率同时缩短了还原时间。使用20 wt%Pt/C并且碳含量为0.15 mg cm-2获得的Pt纳米线催化层具有最佳性能。即Pt负载为0.255 mg cm-2的自制催化剂在0.6 V时的功率密度比负载0.3 mg cm-2的商业JM Pt/C高约25%。(3)探讨了混合基底中Nafion含量,以及喷涂在Pt-NWs/C表面的Nafion载量的影响。Nafion在混合基底中含量为20 wt%和在表面喷涂载量为0.10 mg cm-2时获得最优性能。所制备的Pt负载为0.255 mg cm-2的催化剂在0.6 V时的功率密度比Pt负载为0.3 mg cm-2的商业JM Pt/C高约25%,且在0.4 V时高出约30%。Pt-NWs/C的性能在高电流密度区域得到进一步提高,说明传质性能得到进一步改善。