质子交换膜(PEM)分离阴阳两极,由于其工作温度低,成为燃料电池的研究热点。然而,质子交换膜燃料电池反应条件严苛,对金属催化剂造成稳定性和活性的影响,需要使用铂催化剂,严重限制了其商业可行性。一种可行的解决方案是使用阴离子交换膜(AEM)燃料电池。与PEM相比,AEM燃料电池的碱性工作条件有利于阴极氧还原反应的快速进行,因而可使用非贵金属催化剂,降低燃料电池的成本。但是,与传统的质子膜(如Nafion)相比,典型的AEMs具有更低的离子导电性和稳定性;而且,大多数合成过程复杂,环境不友好。本论文主要研究不同的新型聚合物体系(交联和含长醚季铵化聚合物),采用简便、低成本和环保的方法(不使用致癌的氯甲基醚、氯甲基辛基醚和三甲胺)制备出具有较好离子导电性、碱性和机械稳定性的AEMs,主要内容如下。第二章为了提高电导率同时又不损失机械强度,实现电导性与机械稳定性的平衡,采用苯并噁嗪(Bz)单体和聚四氟乙烯(PTFE)为原料,通过热诱导原位开环聚合制备新型自交联复合材料后再进行季铵化反应。季铵化聚苯并噁嗪(QPBz)用作自交联阴离子导电聚合物。所制备的膜在合理的吸水率和低溶胀率下表现出更好的导电性(26-70 mS/cm);60℃下,在1 M KOH溶液中浸泡150 h,电导率降低仅约10%,具有较好的碱稳定性。此外,制备的膜拉伸强度为23 MPa,杨氏模量为958 MPa,断裂伸长率为15%,同时具有较好的热稳定性。第三章中,我们介绍了另一种平衡电导率和稳定性的策略,合成了一种新型的4-二甲氨基丁醛二乙缩醛(DABDA)季铵化聚砜(PSf-DABDA)。DABDA接枝的阳离子具有长链含醚取代基,使其具有更好地微相分离效果,因此可以在相对低的离子交换容量(IEC)下具有高导电性,而低IEC有利于提升膜稳定性。在相近IEC下,PSf-DABDA膜(21mS/cm)表现出比三甲胺(TMA)和二甲基丁胺(DMBA)具有更高的室温电导率(分别为11.8和13.2mS/cm)。在60℃下在1 MNaOH中处理150小时后,电导率降低约为5%,而具有相近IEC的PSf-TMA和PSf-DMBA膜分别降低了 19和13.5%。通过密度泛函理论计算和结构表征进一步证实了 PSf-DABDA具有更好的碱稳定性。制备的膜拉伸强度从17.3到24.7 Mpa,具有较好的机械稳定性和热稳定性。第四章进一步采用含醚的交联剂对第三章制备的DABDA季铵化聚砜(PSf-DABDA)膜进行交联改性。所得到的交联膜不仅增强了尺寸稳定性,而且促进了离子簇的聚集,从而形成更好的亲疏水微相分离结构和更加通畅的离子传输通道,可以更好的平衡导电性和稳定性之间的关系。制备的AEM在25℃下的电导率为19.6 mS/cm,与没有醚键交联的PSf-DABDA膜相比,具有更好的机械稳定性、热稳定性和碱稳定性。其拉伸强度达到30 MPa,当在1 M NaOH溶液中处理150 h后,膜电导率没有显示出明显的降低。第五章将前一章发展的含醚交联策略进一步拓展到其他膜结构,使用一种新型结构化双功能交联剂(1,1’-((乙烷-1,2-二基双(氧))双(乙烷-2,1-二基))双(1,4-二氮杂-双环合成2.2.2]辛烷)(DACEE)氯化物制备了含醚交联型AEM。DACEE是一种含醚盐,可使氯甲基化聚砜的在发生季铵化反应的同时发生交联,并且交联链中有多个阳离子。因此膜内中形成连续的氢氧根离子传输通道。制备的膜在低IEC(1.08 mmol/g)下有较高的电导率(在25℃时为31 mS/cm),而在不使用DACEE制造的交联膜仅具有14.9mS/cm的电导率(IEC=1.12mmol/g)。与不含醚的交联的膜相比,制备的膜还显示出合理的吸水性和低溶胀比以及更好的碱稳定性。碱处理后的密度泛函理论研究和结构表征进一步验证了这一点。此外通过密度泛函理论以及物理表征证明,相对于非交联膜而言,交联膜具有更加优异的碱稳定性。交联膜氢氧燃料电池测试中,在60℃下可获得217 mW cm-2的最大功率密度,电池的开路电压为1.01 V。简而言之,通过经济,便捷和环保的方法成功合成了具有非醚和独特交联结构的新型阴离子交换膜。以上结果表明,该膜具有在低IEC下高电导率、适宜吸水率的特点。此外,相比于传统型聚砜类阴膜而言,该膜在碱性环境下具有更加优异的碱稳定性。因此通过采用此膜,电导率和鲁棒性问题将在一定程度上得到改善,而这将有希望应用于阴离子交换膜燃料电池中。