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被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)因其能量密度高、液体燃料易于添加和储存、环境友好等特点在移动电源领域备受关注。然而，DMFC在成本和性能等方面还难以达到实际应用的要求。膜电极集合体(MEA)是DMFC发电的核心部件，直接决定了电池性能，为此，各国研究者在MEA构筑方法和结构优化等方面展开了大量的工作。构筑含有序纳米结构的MEA正成为研究热点，相关工作也取得了一定进展。本论文聚焦于牺牲模板法构筑纳米结构MEA，通过使用牺牲模板在MEA内部构筑有序的通道，旨在提高催化剂的利用率和MEA内部的传质效率，从而提高DMFC的性能并降低贵金属催化剂的用量。论文主要工作包括以下两个部分: 1.氧化锌(ZnO)纳米棒被用作有效的牺牲模板在MEA的阳极催化层(CL)和微孔层(MPL)内构筑了纳米网络结构孔隙，显著提高了DMFC的性能，降低了贵金属催化剂的用量。当阳极Pt-Ru(1∶1)载量为1.0 mg·cm-2时，使用2M甲醇为燃料，室温下测试，阳极CL内含纳米网络结构的MEA展现出28.9 mW·cm-2的最大功率密度;而常规结构的MEA，当阳极Pt-Ru载量为2.0 mg·cm-2时，最大功率密度只有29.0 mW· cm-2。阳极CL内含纳米网络结构的MEA在Pt-Ru载量为2.0 mg· cm-2时，性能为38.6 mW·cm-2;而阳极CL和MPL内同时含纳米网络结构的MEA在Pt-Ru载量为2.0 mg·cm-2时的性能为40.2 mW·cm-2。相对于常规结构的MEA，内部含有纳米网络结构的MEA具有更高的催化剂利用率、更高的传质效率和更低的电荷传质阻力。然而，当在阳极CL和MPL内同时构筑纳米网络结构时，相对严重的阴极水淹现象阻碍了MEA性能进一步提升。 2.采用水热法在Si片和阳极MPL上生长垂直规整排列的ZnO纳米棒阵列，然后分别使用离心和抽滤的方法将催化剂颗粒填充在ZnO纳米棒阵列之间，从而成功地将阵列引入MEA中，在垂直Nafion膜方向构筑有序的孔结构。当阳极Pt-Ru载量为0.5 mg·cm-2时，使用4M甲醇为燃料，室温下测试，常规结构MEA最大功率密度只有18.8 mW·cm-2，而有序纳米结构MEA的最大功率密度达到了28.9 mW·cm-2，性能提升了53.4％，这非常接近常规结构的MEA在Pt-Ru载量为2.0 mg· cm-2时的性能(31.2 mW·cm-2)。因此，有序纳米结构MEA能够极大地提高DMFC的性能并降低贵金属催化剂的用量。相对于常规结构的MEA，有序纳米结构MEA具有更高的催化剂利用率、更高的传质效率和更低的电荷传质阻力。然而，有限长度的ZnO纳米棒阵列决定了有序的纳米结构只有在催化剂载量较低时对MEA的性能影响才显著。