质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种能够高效地将化学能转换为电能的新型能源设备，因其具有高效率、高比能量密度、清洁无污染等特点备受青睐，在化学电源领域里具有广阔的发展前景。作为燃料电池的核心部件之一，质子交换膜能够传导质子、阻隔燃料，很大程度上影响了PEMFC电池性能。目前Nafion膜是最适合用于PEMFC体系中的质子交换膜，应用成熟且广泛。但是该类膜的价格昂贵、阻醇性能较差以及在高温条件下无法传导质子等问题，导致电池生产成本高昂，燃料利用率低，以及无法应用到高温PEMFC体系中，从而直接限制了燃料电池的实际生产和使用。因此，开发廉价的新型质子交换膜显得格外重要。本论文主要聚焦于聚醚醚酮(PEEK)芳香型质子膜的改性研究，通过咪唑接枝、共价交联制备出用于常温直接甲醇燃料电池(DMFC)以及进一步磷酸掺杂后用于高温氢氧燃料电池(H2/O2FC)的咪唑功能化的磺化聚醚醚酮(SPEEK)膜。主要研究内容如下:　　(1)以SPEEK为底物，通过与1，1-羰基二咪唑(CDI)进行活化反应，使得SPEEK中的磺酸基团(SO3H)与CDI发生反应形成磺酰胺端链，进而与加入的1-(3-氨丙基)咪唑发生接枝反应，从而形成了侧链具有咪唑基团的Im-SPEEK。随后，通过加入不同比例的交联剂1，4-二（溴甲基）苯，实现对Im-SPEEK不同程度的交联，最终形成咪唑接枝交联型磺化聚醚醚酮膜(Im-C-SPEEK)。分析结果表明,与原始SPEEK和Nafion115膜相比，通过接枝咪唑能够大幅提升质子电导率，室温下电导率可达0.14S cm-1。进一步，尽管随着交联度的增加，质子电导率逐渐降低，但交联形成的致密网络结构使得甲醇渗透明显降低，当交联度为20％时，膜的电导率和甲醇选择性分别高达0.105S cm-1和4.57×105S s cm3，实现了质子电导和甲醇阻隔的均衡。更重要的是，通过共价交联，膜的氧化稳定性和尺寸稳定性大幅提升。采用交联度为20％的改性SPEEK膜，被动式直接甲醇燃料电池(DMFC)在25℃下的最大输出功率密度达29.7mW cm-2，可与商业化Nafion115膜相媲美，同时其能量转化效率和法拉第效率高达19.4％和65.3％，展现出在DMFC中良好的应用前景。　　(2)通过对上述制备的咪唑功能化的SPEEK采用液相浸渍反应法，进行磷酸掺杂，简单高效地制备出具有磷酸掺杂交联型磺化聚醚醚酮质子交换膜(PA-Im-C-SPEEK)，以期适用于高温氢氧燃料电池体系。在掺杂过程中，SPEEK骨架侧链上的咪唑基团因其具有酸-碱两性，可以与磷酸根发生酸碱相互作用，从而实现了磷酸根的掺杂。实验结果表明，该磺酸/磷酸共存的咪唑功能化交联SPEEK膜不仅具有优异的机械性能、氧化稳定性和尺寸稳定性，同时具有较好的质子电导率，于70℃下进行氢氧燃料电池测试，发现电池的最大输出功率可达540mWcm-2，展现出较好的应用前景。更重要的是，在高温(100-150℃)条件下进行质子膜性能测试，发现该咪唑功能化磷酸掺杂SPEEK膜展现出优异的质子传导能力，其中交联度为10％的SPEEK膜在150℃时的质子电导率可达0.067S cm-1（相对湿度为30％）。其原因主要归功于SPEEK膜骨架磷酸根的存在，可以在高温无水条件下，通过磷酸与咪唑形成的氢键进行质子传导，同时磺酸基团和咪唑基团间的酸碱对为质子传导提供了低的能垒途径。其中交联度为20％的SPEEK膜在130℃时具有较好的氢氧燃料电池性能，电池的最大功率密度为209mW cm-2。因此，该磷掺杂的咪唑接枝型SPEEK膜材料为高温燃料电池质子膜的研究与开发提供了一种新的思路。