随着全球对能源危机和环境问题的日益关注,质子交换膜燃料电池（PEMFC）因其高效、环保和可持续性而备受关注。作为PEMFC中关键材料,质子交换膜（PEM）应具有高的质子传导性、耐久性、较低的成本和简单的制备工艺。全氟磺酸型的Nafion?质子膜具有优异的化学稳定性及高的传导率,然而其存在的主要问题是价格昂贵、高燃料渗透性、低玻璃化转变温度及不环保的制备工艺。因此,迫切需要开发低成本的烃类膜,但是烃类质子膜的质子传导率较低及氧化稳定性不佳制约了其在燃料电池中应用。针对该问题,本文通过聚合物分子结构的设计,合成具有氨基和三氟甲基结构单元的聚芳醚,通过对聚合物结构的优化,最终得到综合性能较为优异的聚芳醚质子交换膜。本论文的主要研究内容如下:为得到高质子传导率的质子交换膜,通过亲核取代缩聚反应,合成一系列具有氨基和三氟甲基结构单元的聚芳醚酮（AFPAEK-x,x表示氨基结构单元的含量）,随后以AFPAEK-x的氨基作为反应位点进行接枝反应,制备了具有多个烷基磺酸侧链的磺化聚芳醚酮（SAFPAEK-x）质子交换膜。研究发现SAFPAEK-x膜由于含有三氟甲基的疏水主链和柔性烷基侧链末端的亲水磺酸基团,在膜内产生了明显的亲/疏水微相分离结构,通过纳米级质子传输通道可以促进质子的传输,使得质子膜具有较高的质子传导率(在80℃完全水合状态下为0.106～0.179 S cm-1)和IEC(1.51～2.36 mmol g-1),其中SAFPAEK-50膜不同温度下的传导率范围为0.077～0.179 S cm-1,在整个温度范围内都高于Nafion 115(0.060～0.155 S cm-1)。同时,SAFPAEK-x膜含有大量疏水的氟甲基单元,在一定程度上限制了膜的溶胀行为（80°C时的溶胀度为6.3～18.8%）。此外,SAFPAEK-x膜具有优异的机械性能和热力学稳定性,但氧化稳定性有待进一步提高。为提高侧链型质子膜的氧化稳定性,阐明侧链长度与膜性能之间的关系,以较佳氨基比例的聚芳醚酮AFPAEK-40为基础,合成具有不同长度烷基侧链的磺化聚芳醚酮（SAFPAEK-x,x代表-CH2-数）,采用溶液流延法制备了SAFPAEK-x质子膜。研究结果表明,SAFPAEK-x膜在80℃时的吸水率和溶胀度分别为29.74～55.19%和7.34～14.35%,展示了较高的吸水能力及较低的溶胀行为。此外,SAFPAEK-x膜的IEC为1.25～2.07 mmol g-1,同时还具有高质子传导率(在80℃完全水合状态质子传导率为0.124～0.178 S cm-1)。重要的是SAFPAEK-x膜在80°C的芬顿试剂浸泡1 h后,质量损失率低于7%,SAFPAEK-6膜比SAFPAEK-3膜具有更好的氧化稳定性,但传导率低于SAFPAEK-3膜。总之,长烷基侧链的引入抑制了膜的过度吸水溶胀,提高了质子膜的尺寸稳定性及氧化稳定性,但质子传导率有所下降。为进一步提高质子膜的氧化稳定性及综合性能,优化了聚合物主链结构,将十氟联苯代替4,4-二氟二苯甲酮与双酚单体进行共聚,经接枝功能化制备出主链氟化的SAFPAEF-4质子膜。采用原子力显微镜（AFM）观察膜的微观形貌,发现调节疏水结构的极性（引入含氟结构单元）来促进亲水离子团簇在膜形成过程中的聚集和连接,可以形成更均匀、更宽的连续质子输运通道。由于含氟结构单元结构比例的增加,主链氟化的SAFPAEF-4膜的IEC为1.81 mmol g-1,质子传导率为0.067～0.163 S cm-1,溶胀度为4.47～8.46%。重要的是,在80°C的芬顿试剂中膜破损时间超过6 h且在浸泡1 h后的重量损失率低于2%。该研究结果表明了主链氟化的SAFPAEF-4膜具有高的质子传导性以及优异的尺寸稳定性和耐氧化性,为质子膜在燃料电池中的应用提供了很好的思路。