质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种很有前途的电源,被广泛应用在不同的领域。然而,PEMFC面临的主要挑战是提高相关组件的性能和寿命。质子交换膜（PEM）作为燃料电池的重要组成部分,对燃料电池的成本、耐久性和性能有重要影响。然而,广泛使用的商用Nafion在低湿度条件下质子传导率降低,限制了燃料电池的效率和大规模使用。设计和开发高性能的PEM是实现PEMFC大规模应用的关键。本论文以强化PEM的质子传导性能为目标,围绕质子传输机理与PEM微观结构的关系,以膜材料设计—膜微观结构调控—膜性能强化为线索,以构筑高效质子传递通道为策略,设计了不同类型的有机-无机复合膜,从高分子基质、填料、高分子/填料界面和质子传输通道等多级结构出发,协同调控和优化膜的物理和化学微环境,实现了 PEM性能的高效强化。主要研究结果如下:（1）将PSS分子封装到ZIF-8晶体的纳米孔道中,制备了连续致密的PSS@ZIF-8复合膜,构建了长程连续的质子传输通道,优化了膜通道的结构,显著提高了膜的质子电导率。（2）通过真空抽滤的方法将片层GO和高分子（SPVA和PDA）组装成仿珍珠层结构的层状膜（GPS）,实现了膜的超薄化并显著增强了膜的机械性能。GPS膜具备贯通发达的质子传输通道并具有丰富的质子传输功能位点,优化了通道的物理和化学微环境,实现了高效的质子传导。（3）通过原位生长的方法将二维ZIF-L晶体沉积到GO片的表面,并将其与SPEEK共混制备了复合膜。ZIF-L@GO杂化纳米片均匀的分散在膜基质中,和高分子基质具有良好的界面相容性。受益于ZIF-L@GO的形貌和成分优势,复合膜的质子传导能力得到大大提升。复合膜的单电池功率密度相比纯SPEEK提升了 45.1%。（4）合成了超强酸性的SO4-MOF-808@GO复合物,并将其填充到SPEEK高分子中制备复合膜。SO4-MOF-808在GO表面的均匀分散消除了 SO4-MOF-808和GO在膜基质中的团聚,保证了填料在膜基质中的良好分散性。另外,SO4-MOF-808@GO的Br（?）nsted酸性部位可以紧密结合大量的水分子,构建了丰富的氢键水网络结构,优化了膜通道的水环境,促进了膜在高温低湿度下的质子传导。复合膜在90℃和40%RH条件下,电导率高达43.36 mS cm-1,是纯SPEEK膜的7.44倍。