本发明涉及一种质子交换膜燃料电池的有序化结构膜电极，采用对其膜电极结构进行功能化设计，首先在基底上通过气相化学沉积的方法生长具有特定长度和密度的碳纳米管阵列（ACNTA），然后在ACNTA上采用磁控溅射的方法负载贵金属催化层，并喷涂Nafion电解质作为质子导体包覆层。再将ACNTA/催化材料通过热转印的方法转移至质子交换膜上，由于该ACNTA/催化材料有序化电极结构两端具有不同的特性，同时成为膜电极的催化层和气体扩散层，在该有序结构上简单配置碳纸背底层后，成为功能完善的五合一膜电极，不需要使用带微孔层的碳纸背底。本发明可以有效降低膜电极结构的复杂性、简化配件生产工艺的同时提升膜电极的电化学性能。