催化剂对MEA的性能起着重要的作用。根据美国能源部2005财政年度的年度进展报告，催化剂层占燃料电池堆全部成本的77%。为了实现高性能和降低MEA的成本，催化剂的选择应该是最重要的任务。由于PEMFC的电化学反应是多相的，发生在独特的三相界面，因此催化剂的许多特征如组成、形貌、粒径和分散极大地影响MEA的活性和稳定性。为了确保良好的性能，电催化剂必须满足以下几个要求：
1.具有较高的电化学活性和污染耐受性：电催化剂应具有较高的固有活性，以降低电化学反应的极化，提高能量转换效率。更具体地说，阳极催化剂应具有抵抗有害的副产物，如CO和其他危害活性反应表面的中间体的能力。
2.高电化学面积(ECA) ：为了提高利用率，进一步降低催化剂负载，贵金属催化剂应高度分散，具有较高的ECA。 3.稳定性和耐久性：PEMFC中的电催化剂总是在使用固体聚合物膜的高酸性环境中工作。因此，催化剂应具有较高的耐腐蚀性，以保持其化学稳定性。同时，催化剂在整个工作电位过程中必须保持其活性和比表面的稳定。此外，高耐久性也是一个关键要求，因为PEMFC预计将运行数万小时。 4.良好的导电性：该电催化剂不仅为电化学反应提供了一个位置，而且还作为电子转移的主导体。因此，它应具有良好的导电性，以最小化催化剂层中的电阻损失。 5.适当的催化剂载体 ：人们普遍认为，载体极大地影响电催化剂的活性和MEA的性能。一方面，惰性载体将活性相固定在其表面，防止活性相凝聚；另一方面，它也与活性相相互作用，提高了其活性和选择性。因此，催化剂载体应具有较大的表面积、高导电性、可接受的化学稳定性和低成本。 此外，该催化剂还应该制造成本低，可大批量制造，重现性好。 大规模商业化应用的还是铂碳催化剂，铂合金催化剂已经在产品中使用。新型催化剂例如：核壳结构、纳米框架、纳米晶、非贵金属催化剂等还处于研发阶段。 铂合金催化剂可以解决耐久性问题，但铂载量还比较高。核壳结构可以降低铂载量和提高活性，但稳定性待提升。纳米晶和纳米框架结构的催化剂，可以提升活性和稳定性，但应用于MEA中存在难度，不能发挥处催化剂的特点。非铂催化剂可以大幅度降低成本，污染物耐受性好，但远没达到汽车应用的目标。
