生态环境的破坏和化石能源的消耗,使得大力开发和利用可再生能源成为解决人类当前面临的能源危机的重中之重。氢能逐渐成为世界能源舞台上一种举足轻重的能源形式,其制取、运输和应用技术也成为了科学家关注的焦点问题。目前,燃料电池是氢能源主要的应用形式。其利用氢能源的方式不受卡诺循环的限制,具有较高的能量利用率。燃料电池的核心部件是膜电极。作为反应发生的场所,膜电极中的催化层受到研究人员的广泛关注。目前关于催化层的研究主要聚焦于催化剂中的纳米颗粒,即利用合金催化剂提升活性降低贵金属载量。而催化剂中的载体受到较少的关注。载体具有锚定纳米颗粒的作用,同时对电池中的反应气体运输和水管理起到相当大的影响。因此,研究载体可以从质量传递的角度优化催化剂在燃料电池中的工作性能。本论文即围绕碳载体对燃料电池的影响进行研究,具体内容如下:（1）探究碳载体的物理性质对燃料电池性能的影响。采用先制备Pt纳米颗粒后将其负载至碳黑上的方式制备了一系列负载于不同碳载体、但Pt含量均为40 wt%的Pt/C催化剂。这一系列Pt/C催化剂展示出相似的ORR本征活性,在三电极体系下测试0.9 V处面积活性均超过0.4 m A/cm ~2Pt,质量活性超过0.2 A/mg Pt。因此,这一系列Pt/C催化剂是研究在膜电极中不同碳载体对电池性能影响的理想材料。在燃料电池测试中,调整离聚物的含量对各催化剂制备的膜电极性能进行优化。通过等温吸附脱附曲线、液滴接触角测试等催化层物理表征结果对比,可以发现,对于某一催化剂来说,离聚物的最佳用量与催化剂比表面积有关（主要由载体比表面积决定）。比表面积较大的催化剂需要更多的离聚物与其活性位点接触以发挥最佳的电池性能。将不同催化剂的最佳电池性能对比发现,比表面积较小的催化剂在电池上表现更好。原因是其活性位点主要位于碳载体的表面,较少处于蜿蜒的孔道中,不会出现较为明显的气体传质困难的情况。且比表面积较小的催化剂拥有更疏水的表面,利于电池水管理。（2）探究催化层的厚度对燃料电池性能的影响。改变催化剂中的碳载体用量,制备不同Pt负载量的催化剂,测试其燃料电池性能。观察发现,低Pt载量的催化剂性能显著降低。通过测试膜电极的电化学活性面积可知,随着催化层厚度的增加,活性位点分布密度降低,离聚物很难将其完全覆盖,导致活性位点利用率降低。利用低浓度氧气燃料电池测试探究催化层厚度对气体传质的影响,实验发现:负载量较低的催化剂制备的膜电极气体扩散阻力较大,其主要影响来自于催化层中的努森扩散,即较厚的催化层会显著影响气体传质,不利于燃料电池性能。