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目前,低温燃料电池主要有质子交换膜燃料电池和阴离子交换膜燃料电池两大类。前者可在室温下快速启动,电导率高,并具有重量轻、体积小的优点。但是多数质子交换膜材料合成困难,且过分依赖于贵金属材料Pt（催化剂）,造成产品成本高昂。阴离子交换膜在较高的pH环境下工作,化学反应速度较快,对贵金属催化剂依赖性小,具备质子交换膜无法拥有的许多优点,但目前其电化学性能尤其是电导率与前者仍有较大差距。鉴于此,新的低温燃料电池隔膜的开发研究具有重要意义。活性染料是一类带反应性基团的离子型染料,分子结构中有较多的供、吸电子基团,具备高度离域的大π共轭体系,可以有效地传送电子,与有机高分子膜材料有良好的相容性,又具有离子性能,故能进行H+或OH-离子的传导。因此,本文首次将活性染料应用于燃料电池隔膜中,提出将不同结构的活性染料以掺杂或接枝的方式引入到成膜高分子体系中,制作染料掺杂改性离子交换膜,起到传导离子的作用,系统研究了所制膜材料的化学结构、表观形态、离子传导性能与应用性能。通过系统的研究工作,取得如下成果：（1）采用活性染料KE-4BD与聚乙烯醇（PVA）掺杂共混成膜,再用戊二醛（GA）交联处理,得到一种染料掺杂型PVA/KE-4BD质子交换膜。红外分析及X射线光电子能谱分析（XPS）表明,戊二醛处理后发生了缩醛交联反应。PVA/KE-4BD膜表现出优良的热稳定性和抗氧化性,室温下PVA/KE-4BD膜（1：0.5,w/w）离子电导率可达1.09×10-1S·cm-1,通过在H2/O2燃料电池中发电,室温下在电流密度为210.4mA·cm-2时,最大功率密度为83.9mW.cm-2,开路电压为810.8mV,其发电能力与相同条件下的Nafion（?）212膜接近,表现出优良的应用性能。采用季铵盐阳离子活性染料LCRD与壳聚糖（CTS）共混,再用戊二醛交联处理,成功制备了一种染料掺杂型阴离子交换膜。红外分析及XPS分析表明,戊二醛处理后发生了席夫碱等交联反应。所制备的CTS/LCRD膜（1：0.5,w/w）室温电导率达到3.18×10-3S.cm-1,通过在H2/O2燃料电池中发电,室温下在电流密度为42.6mA·cm-2时具有最高功率密度为21.8mW·cm-2,将其置于KOH溶液(80℃C,6mol·L-1)中168h后取出,膜的离子电导率稳定在原样的85.5%,表明CTS/LCRD膜具有一定的耐碱稳定性。（2）先制作PVA薄膜,采用活性染料X-2R对PVA薄膜接枝改性,再用戊二醛交联处理,得到一种阴离子染料接枝型质子交换膜PVA-X-2R膜。研究表明,PVA-X-2R膜（45μm）表现出优良的机械性能,断裂强度为40.5Mpa,断裂延伸度为80.6%。PVA-X-2R膜室温下离子电导率为5.19×10-2S·cm-1,通过在H2/O2燃料电池中发电,室温下在电流密度为127.4 mA·cm-2时,最大功率密度为48.9mW·cm-2,开路电压为893.1mV。先制作壳聚糖CTS薄膜,采用阳离子活性染料LCRD对CTS薄膜进行接枝改性,再用戊二醛交联处理,所制CTS-LCRD膜在膜厚为36μm到117μm的范围内,其对应的室温离子电导率在0.82-4.59×10-3S.cm-1之间。CTS-LCRD染色膜（52μm）断裂强度为27.63 MPa,断裂延伸度为11.3%,通过在H2/O2燃料电池中发电,室温下最高功率密度为25.8mW·cm-2。与CTS/LCRD共混膜相比,CTS-LCRD接枝膜电导率及发电能力相近,但机械强力与耐碱稳定性情况优于前者。同时,研究了LCRD固着CTS的吸附机理和类型,为二级吸附过程,属化学控速,应为定位吸附。（3）采用一种阴离子型高分子染料XDCTS,与PVA溶液进行共混成膜,再用戊二醛交联处理,构建高分子半互穿结构型导电膜。所制备的PVA/XDCTS膜的机械性能、热稳定性较好,但其电导率偏低,仅为8.69×10-3S.cm-1,与行业标杆Nafion膜及本论文中其它类型质子交换膜的电导率相比,有较大差距。采用PVA作为基材,以高分子染料PRDS作为载荷体,加入第三组分多壁碳纳米管（MWCNTs）以提高膜材料的应用性能,成膜后再用戊二醛进行交联处理。研究发现适量添加MWCNTs可明显提高膜的电导率、机械性能、化学稳定性及热稳定性,但若过量加入则会引起团聚,给膜的应用性能带来负面影响。增强型半互穿结构的PVA/PRDS/MWCNTs质子膜的离子电导率仍相对较低,其值位于2.91×10-3S·cm-1～9.53×10-3S·cm-1之间,与Nafion膜及本论文中其它类型质子交换膜的电导率相比,有较大差距。（4）采用一种阳离子型高分子染料PRDQA,将其与壳聚糖溶液共混,制备了一种半互穿型阴离子交换膜。CTS/PRDQA膜（1：0.5,w/w）室温下电导率为8.17×10-3S·cm-1,通过在H2/O2燃料电池中发电,室温下最大功率密度为29.1 mW·cm-2。CTS/PRDQA膜表现出良好的耐碱稳定性,其电导率及含水率耐碱处理后均较原样有一定的增幅。但CTS/PRDQA膜的机械性能欠佳,随着膜内染料含量的增多,断裂强度及断裂延伸度均有所下降。采用PVA作为基材,采用聚丙烯酰胺-二烯丙基二甲基氯化铵（PAMDDAC）作为载荷体,采用PEG作为增塑剂,成膜后用戊二醛进行交联处理,制备了一种增强型半互穿结构阴离子交换膜。研究发现,膜的离子电导率与膜内PEG的含量相关性较大,室温下随着PEG含量的增加,膜电导率由0.565×10-3S.cm-1提高到1.14×10-3S.cm-1。加入PEG后离子迁移活化能由32 kJ·mol-1下降至25.8kJ·mol-1,活化能的降低说明聚乙二醇具有增塑作用,它增大了膜内的自由空间,使膜内离子活跃。将PVA/PAMDDAC/PEG膜（1：0.25：0.25,w/w/w）于70℃C下采用直接甲醇燃料电池模式发电,最大功率为15.9mW·cm-2。（5）通过将CTS、染料基离子液体[QAIM]OH和羟基化多壁碳纳米管（MWCNTs-OH）共混的方法制膜,并在成膜后用戊二醛进行交联处理,得到了一种基于染料基离子液体的增强型阴离子交换膜。红外光谱及X射线衍射分析表明,[QAIM]OH、MWCNTs-OH被成功地引入到CTS基材中。扫描电镜测试发现,染料基离子液体及羟基化碳纳米管的加入增加了膜内部的粗糙程度。CTS/[QAIM]OH膜和CTS/[QAIM]OH/MWCNTs-OH膜的热稳定性能较纯CTS膜有很大提高。由CTS/[QAIM]OH膜和CTS/[QAIM]OH/MWCNTs-OH膜的力学性能测试结果可知,前者断裂强度与纯CTS膜相近,但断裂延伸度有明显改善,后者的断裂强度及断裂延伸度均高于纯CTS膜。CTS/[QAIM]OH/MWCNTs-OH膜（1：0.5/3%）的离子传导活化能Ea为11.97 kJ·mol-1,这表明在离子传导过程中Grotthus和Vehicle机理同时存在。CTS/[QAIM]OH/MWCNTs-OH膜在电流密度为59.9mA·cm-2时,具有最高功率密度为31.6mW·cm-2。在中温(100-140℃C)无水条件下,CTS/[QAIM]OH/MWCNTs-OH膜的电导率分别随温度及染料基离子液体含量的升高而升高,这表明离子传导过程仍可继续。