本发明公开了一种磺化介孔二氧化硅原位改性的阳极催化剂层及其制备方法和应用。阳极催化剂层包含铂炭催化剂、离聚物、溶剂、磺化介孔二氧化硅、甲基氢二氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和烯丙基磺酸。制备方法包括以下步骤：（1）将包含铂炭催化剂、离聚物、溶剂、磺化介孔二氧化硅、甲基氢二氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷和烯丙基磺酸的原料在研磨混合机中研磨混合均匀，得到催化剂浆液；（2）将催化剂浆液涂覆于基膜PET或质子交换膜上，分阶段热处理，真空干燥，冷却室温，得到磺化介孔二氧化硅原位改性的阳极催化剂层。