在能源问题备受关注的当今,更高效、更环保、更便携、结构简单、能源易得的微型直接甲醇燃料电池(Micro Direct Methanol Fuel Cell,μDMFC)凭借其种种优势成为社会各界广泛研究的对象。但在实现μDMFC商业化的道路上仍有重重阻碍,如燃料电池系统水管理问题,催化剂催化活性问题等。本文研究围绕阴极催化层的润湿特性展开,通过建立二维传质模型对阴极催化层结构给μDMFC性能造成的影响进行理论研究,并制备具有不同结构的阴极催化层,通过实验的方式对其在电池系统中的影响进行测试和分析。本文建立μDMFC二维两相传质数学模型,对电池内部传质情况进行了分析,并进一步验证阴极催化层结构对电池传质情况带来的影响。根据仿真结果可知,呈亲水性的阴极催化层可以抑制水的渗透现象,降低阴极扩散层内水的浓度,有利于氧气的传质,同时可以减少甲醇渗透;另一方面,孔隙率较小的阴极催化层结构可以抑制水和甲醇的渗透,改善μDMFC的水管理问题。在理论仿真的基础上,本文制备了具有亲水特性的氮掺杂碳材料,XPS测试结果表明200℃下烧制的碳材料具有最高的氮含量;以润湿特性不同的碳粉和氮掺杂碳材料为载体制备铂基催化剂,电化学测试结果显示,以氮掺杂碳材料为载体的催化剂催化性能优于以碳粉为载体的传统催化剂,且催化活性随着含氮量的提高而增强;将催化剂制成不同结构的阴极催化层并搭建μDMFC系统进行测试,电池测试结果表明,阴极催化层呈亲水性的μDMFC性能获得提高,且催化层孔隙率较小的μDMFC具有较高性能。