质子交换膜(PEM)是质子交换膜燃料电池(PEMFCs)中的关键部件，起着分隔阴阳极室和传导质子的双重作用。PEMFC中广泛使用的是全氟磺酸膜，它的昂贵成本和高温性能差是阻碍PEMFC商业化的重要因素之一。提高燃料电池的操作温度具有提高电池工作效率、降低电池成本和简化电池结构等诸多优点，这对燃料电池中的PEM提出了更高的要求，因此制备质子传输能力强且可在高温条件下使用的质子交换膜是目前研究的热点之一。　　 在本文中我们根据质子传导的Grotthuss机理，针对目前全氟磺酸质子交换膜只有在水中溶胀后才能传导质子、只能在低温条件下使用的不足，从设计有利于质子传导的微观结构出发，以提高质子交换膜在高温低湿度条件下的质子电导率为目标，合成了具有连续质子传输通道结构的四种酸碱型的质子交换膜，有望在高温质子交换膜燃料电池中使用。　　 首先，通过乳液聚合制备了聚合物胶体粒子自组装成球的PAA膜。这种膜具有聚合物胶体粒子密堆积的特殊微观结构，可以在膜内形成连续的质子传输通道，有助于提高膜的电导率、抗氧化性，降低膜的气体透过率，改善膜的力学性能。胶体粒子与磷酸化聚乙烯醇连续相之间存在微观相分离，在这些相分离的界面上质子与聚丙烯腈中的未成键孤对电子形成酸碱对，有助于形成电荷载流子，使膜在低IEC值时仍然具有较高的质子电导率。PAA膜具有较好的力学性能，良好的尺寸稳定性等特点，在160℃时膜的电导率最高为1.18×10-4S/cm。　　 第二，采用分子中含醚氧键侧链(-CH2CH2-O-)的单体SR，在磷酸化的聚乙烯醇溶液中聚合，制备了一种新型的质子交换膜PPS膜。在PPS膜微观结构中PSR胶体颗粒均匀分散在磷酸化聚乙烯醇基体材料内部，其中PSR亲油的部分聚集形成胶体颗粒：亲水的醚氧键聚集在PSR胶体粒子的表面，并在磷酸化聚乙烯醇内部延展，形成了微观有序的结构。醚氧键对质子具有溶剂化作用，有助于在与磷酸化聚乙烯醇形成的两相界面中的形成有效的电荷载流子。制备的PPS膜在160℃条件下的质子电导率最高达到了5.1×10-3S/cm。PPS膜具有良好的热稳定性。　　 第三，采用含有磺酸基团的单体AMPS与含醚氧键侧链的单体SR进行共聚，制备了PAS质子交换膜。膜中含有磺酸基团的AMPS聚合物作为质子源提供可电离质子，聚合物PSR中的醚氧基团可以与质子络合，起到非水质子溶剂的作用。在160℃时PAS膜的电导率最高为6.26×10-4S/cm。制备的PAS膜具有良好的热稳定性。　　 最后，以合成的3-异氰基丙基三乙氧基硅烷偶联剂封端的PEG作为前躯体，在磷酸化聚乙烯醇溶液中原位发生溶胶-凝胶反应，制备了有机/无机杂化的PGS膜。通过硅烷偶联剂封端的PEG在磷酸化聚乙烯醇中水解缩聚形成二氧化硅无机相的过程，制备了表面接枝PEG链段的SiO2颗粒。质子通过醚氧基团之间跃迁并随PEG链段的热运动在膜内传递。制备的有机/无机杂化膜具有新颖的微观结构、良好的力学性能、较好的热稳定性和尺寸稳定性、较高的质子电导率等优点。PGS膜在160℃时质子电导率最高达到1.91×10-3S/cm，有望在高温质子交换膜燃料电池中应用。　　 本论文的创新性在于通过对质子交换膜微观结构的设计，制备了具有连续质子传输通道新颖微观结构的质子交换膜，这种连续结构有利于质子在膜内的跃迁传递。