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燃料电池以其高转化效率、高能量密度、环境友好等优点,被认为是一种能改善当前能源危机和环境污染的新技术。在种类繁多的燃料电池中,聚合物电解质膜燃料电池受到世界各国的普遍关注,按照传导离子的差异,可分为质子交换膜燃料电池(PEMFC)及阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)。聚电解质膜作为其中关键组件,起传递离子和分离燃料、氧化剂的作用。然而,其中PEM存在成本高、燃料渗透率大;AEM存在耐碱性差、离子电导率低等问题,这大大限制了两类膜材料的商业化应用。本论文从分子结构设计出发,以聚芳醚砜为基体材料,将离子基团连接在聚合物侧链上,分别制备了新型侧链型磺化聚芳醚砜质子交换膜和侧链型季铵盐结构聚芳醚砜阴离子交换膜,并对这两类膜材料结构与性能之间的关联进行了系统探究。全文主要研究分为以下三个方面:1.以4,4’-二氟二苯砜和N-溴代丁二酰亚胺为起始原料,在不同条件下,经溴代、Suzuki偶联反应设计合成了两种带有苯氧基苯侧基的新型二氟二苯砜单体:3,3’-双(苯氧基苯基)-4,4’-二氟二苯砜(2a)和3,3’,5,5’-四(苯氧基苯基)-4,4’-二氟二苯砜(2b),其中2a含有两个3-苯氧基苯基结构,2b含有两个3,5-苯氧基苯基结构。通过核磁共振(NMR)、差示扫描量热法(DSC)、高效液相色谱(HPLC)等表征方法对所制备的两种二氟砜单体的结构和纯度进行了详细分析,证实所合成单体的结构与理论设计完全一致,并且具有高纯度。2.由二氟砜单体2a、2b分别与4,4’-二氟二苯砜及4,4’-二羟基二苯甲酮经芳香亲核取代缩聚和后磺化反应制备了一系列新型磺化聚芳醚砜(包括4-SPAES-xx和8-SPAES-xx)。FT-IR及NMR分析结果证实获得了期望的聚合物结构。磺化前后聚合物的特性粘度分别为0.42~0.58 dL/g(磺化前)和0.58~1.09 dL/g(磺化后)。GPC测试结果显示聚合物的数均分子量在6.7×10~4~10.9×10~4 g/mol之间,分子量分布系数为1.69~1.85。采用溶液浇铸法制得了一类具有韧性的磺化聚芳醚砜质子交换膜。所制膜表现出适中的吸水率及较好的尺寸稳定性,80℃时最高质子传导率达到0.16 S/cm。另外,该类质子交换膜还具有良好的热稳定性和机械性能:起始分解温度约为220℃;膜的拉伸强度为27.6~42.0 MPa,拉伸模量为0.54~1.23 GPa,断裂伸长率在8.9~31.9%。磺化膜优良的综合性能主要归因于侧链磺化结构的引入和相分离结构的形成。3.经溴代、Suzuki偶联两步有机反应设计合成了一种带有4个二甲基苯侧基的活性二氟二苯砜单体:3,3’,5,5’-四(3’’,5’’-二甲基苯基)-4,4’-二氟二苯砜(3)。NMR、HPLC测试结果表明所合成单体与设计结构完全一致,并具有高纯度。由单体3与4,4’-二氟二苯砜、联苯酚通过芳香亲核取代缩聚合成了聚芳醚砜聚合物(PAES-M-xx),再经过溴代、季铵化反应,得到了一系列在侧链苯环上含多个季铵基团的侧链型聚芳醚砜(PAES-Q-xx)。通过FT-IR及~1H-NMR对聚合物、溴代物和季铵化聚合物结构进行了分析,结果表明成功合成了季铵化聚芳醚砜。PAES-M-xx的特性粘度为0.62~0.71 dL/g,数均分子量在6.5×10~4~8.4×10~4 g/mol之间。采用溶液浇铸,经碱化后制备了侧链型聚芳醚砜阴离子交换膜。所制膜材料具有低吸水率及低溶胀率(IEC值为1.65~2.36)。所有膜的离子电导率都在10 mS/cm以上,并且在20℃和80℃时,其电导率分别为23~37 mS/cm和54~87 mS/cm。较高的电导率可能归因于高IEC和侧链季铵基团的密集分布。此外,PAES-Q-xx膜还展现出良好的热稳定性和耐碱性。