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本文为了制备价格便宜、传质和阻醇能力均较强的、适合直接甲醇燃料电池(DMFC)使用的新型质子交换膜，首先以聚醚醚酮(PEEK)作为原料，使用浓硫酸作为磺化剂，制备出具有一定磺化度的磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜材料，然后采用溶液插层法和溶胶-凝胶法等手段，在磺化聚醚醚酮中掺杂α-磷酸锆(α-ZrP)和二氧化硅(SiO<,2>)，制备出改性磺化聚醚醚酮质子交换膜材料。对所得质子交换膜的结构和性能作了较系统深入的研究，取得了如下的主要结果和结论：
1)在PEEK磺化研究中，通过讨论磺化反应各因素影响的大小，确定了较为合理的磺化反应条件，并通过只控制反应时间制备了不同磺化度的膜材料。综合考虑磺化度对膜材料各方面性能的影响，确定了磺化度为60～65％的膜材料能够满足DMFC的使用要求。XRD分析表明，当DS为61％时，SPEEK已失去了原有的较高的结晶性能，基本变成了无定型聚合物。电化学研究表明，SPEEK61膜材料的甲醇渗透率远低于 Nation117膜的甲醇渗透率，由SPEEK61膜组装的电池的开路电压比Nation117膜的高，达到0.498V，最大功率密度为12.38mW/cm<2>。
2)在SPEEK/SiO<,2>(二氧化硅)/α-ZrP(α-磷酸锆)复合膜的研究中，先通过使用N，N-羰基二咪唑和氨基丙基三乙氧基硅烷对SPEEK进行了预处理，再采用溶胶-凝胶(Sol-Gel)法在SPEEK基体中引入能与SPEEK形成共价键的SiO<,2>，改进了SPEEK膜材料的溶胀性能；另一方面，通过使用有机胺溶液对所制备的α-ZrP进行插层处理，进一步提高了α-ZrP的质子传导能力，并将经过处理的α-ZrP加入到SPEEK膜材料中，使SPEEK/SiO<,2>/α-ZrP复合膜得以保持了较高的质子传导率。XRD分析表明，经过有机胺插层处理后，α-ZrP的层状晶体结构消失，α-ZrP以无定型的状态分散在SPEEK基体之中；对SPEEK/SiO<,2>/α-ZrP(80/10/10)复合膜进行红外分析分析表明，SPEEK分子链之间形成了共价交联。通过考察SiO<,2>和α-ZrP的掺入量分别对SPEEK/SiO<,2>/α-ZrP复合膜主要性能的影响，得到最佳组成配比的复合膜为SPEEK/SiO<,2>/α-ZrP(80/10/10)复合膜。电化学研究表明，与SPEEK61膜材料相比，复合膜的甲醇渗透率更低些，60℃时复合膜的甲醇渗透率为2.4×10<-7>cm<2>/s；由SPEEK/SiO<,2>/α-ZrP(80/10/10)复合膜组装的DMFC的开路电压最高，达到了0.552V，在电流密度为88mA/cm<2>时，其功率密度达到15mW/cm<2>。