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碱性阴离子交换膜燃料电池(AAEMFCs)因其在碱性条件下更快的阴极氧还原动力学和非贵重金属催化剂的使用等优点而被广泛研究。阴离子交换膜(AEM)作为AAEMFCs的重要组成部分,起着阻隔燃料和氧化剂,同时传导阴离子和水分子的作用。然而,在保持高离子交换容量和尺寸稳定性之间的平衡的同时获得较好的耐碱稳定性和高的离子传导率仍然是一个挑战。离子传导率是AEM的一个重要的参数,离子传导率的高低和离子交换能力、水含量和离子交换容量(IEC)有关。膜的碱性稳定性是评价其应用性能的另外一个重要参数,耐碱稳定性的好坏和聚合物的化学结构有关。为了制备高离子传导率和较好耐碱稳定性同时尺寸稳定性良好的AEM,本文设计合成了两种基于开环易位型(ROMP)苯并降冰片二烯的多咪唑阳离子功能化自交联型三嵌段共聚物膜。通过苯并降冰片二烯衍生物单体的双侧链结构引进多咪唑阳离子,同时通过嵌段聚合方式及主侧链亲水/疏水结构的设计来构建微相分离结构以提高AEM的离子传导率。全碳的主链结构以及碱性条件下的自交联结构保证了 AEM的尺寸稳定性和耐碱稳定性。具体工作如下:(1)合成了几种不同的卤代苯并降冰片二烯单体。用1,2-二甲基咪唑去和其中的一种烷基溴功能化苯并降冰片二烯单体(BenzoNBD-BisBr)反应,制备了双咪唑功能化苯并降冰片二烯单体(BenzoNBD-BisIm+Br-)。然后将BenzoNBD-BisIm+Br-单体、环氧基团功能化降冰片烯单体(NB-MGE)以及降冰片烯(NB)单体通过Grubbs’ 2nd催化剂三嵌段共聚,制备了一系列双咪唑功能化三嵌段共聚物阴离子交换膜rP(NB-MGE-b-BenzoNBD-BisIm+OH--b-NB)-x(x=10,20,30和40)。研究了三嵌段共聚物阴离子交换膜的热性能、相分离结构和H2/O2燃料电池单电池性能,所制备的膜热分解温度高于320℃,并形成了较好的相分离结构。其中,阴离子交换膜 rP(NB-MGE-b-BenzoNBD-BisIm+OH--b-NB)-40的峰值功率密度高达189.1 mW cm-2。(2)通过构建微相分离结构和引进更多阳离子基团来进一步提高AEM的离子传导率。基于上述合成的BenzoNBD-BisIm+Br-单体,本节设计合成了醚键间隔四咪唑阳离子功能化的苯并降冰片二烯单体BenzoNBD-Bis(Im+Br--Im+I-)。通过引进亲水性醚键间隔及疏水性烷基间隔来构建亲水和疏水微相分离结构。然后将 BenzoNBD-Bis(Im+Br--Im+I-)单体、NB-MGE 单体和 NB 单体通过 Grubbs’3rd催化剂三嵌段共聚,制备了 一系列ROMP型三嵌段共聚物rP[NB-MGE-b-BenzoNBD-Bis(Im+Br--Im+I-)-b-NB]-x(x=3.85,4.76,6.25 和 9.09)。通过碱化处理之后得到了一系列自交联型阴离子交换膜rP[NB-MGE-b-BenzoNBD-Bis(Im+OH--Im+OH-)-b-NB]-x(x=3.85,4.76,6.25 和9.09)。TEM、AFM和SAXS测试结果表明所制备的AEM展现了较好的微相分离结构。通过凝胶含量测试和拉伸测试,表明所制备的AEM形成了一定的交联结构。80℃时AEM-9.09的吸水率为52.00%,溶胀度为35.33%,表明所制备的AEM有着适中的吸水率和低的溶胀度。AEM-9.09的IEC仅为1.41 mmol g-1时,80℃下的OH-离子传导率高达100.74 mS cm-1。所制备的膜都表现了较好的H2/O2燃料电池单电池性能,开路电压为1.01V时,AEM-9.09峰值功率密度为174.5 mW cm-2。