阴离子交换膜燃料电池由于便捷的水管理,低廉的成本,高活性的电极反应,目前受到研究者越来越多的关注,但其核心部件阴离子交换膜的开发与应用受限于低离子传导率和低稳定性。为了解决以上难题,各种新型结构被引入到阴离子膜的设计中。众所周知,合理的分子设计可以提高离子膜的传导性能、机械性能、抗溶胀性能和化学稳定性能。传统的分子设计策略包括:制备嵌段、接枝、交联的聚合物和在聚合物中引入高密度官能团等,基于此,大环化合物被引入阴离子膜结构中。大环化合物大致可以分为如下几类:（1）冠醚;（2）葫芦脲;（3）环糊精;（4）杯芳烃;（5）柱芳烃等。考虑到碱性条件下结构稳定性,功能化难易程度和分子设计的要求,柱芳烃和环糊精成为改性的理想选择。柱芳烃能够应用于离子交换膜的理由包括:（1）主体是由苯环和亚甲基交替连接,不含氧氮等碱敏感基团;（2）柱芳烃[5]可改性位点高达十个,可满足离子传递的需求;（3）普通的柱芳烃合成简单,产率高,然而,柱芳烃在功能膜方向特别是阴离子交换膜方面的研究鲜有报道。β-环糊精作为一种寡聚糖,应用于燃料电池阴离子交换膜有如下优势:（1）价格低廉,并且环糊精的功能化及环糊精型聚合物的合成路径比较成熟;（2）其立体空心截锥表面含有大量的亲水性羟基,并且碱稳定性较好。但是同样,燃料电池阴离子交换膜领域关于环糊精型聚合物的报道较少。本论文主要进行了如下四方面的工作:（1）含柱芳烃的聚醚砜经过功能化改性后,成功制备了交联型阴离子交换膜。双酚羟基的柱芳烃单体四元共聚,首次合成了高分子量的含柱芳烃型聚醚砜,经过一系列的改性,柱芳烃部分接枝上高密度含季胺盐的柔性烷基链,主链间通过亲水性的乙二醇链构筑交联网络。由于柱芳烃局部高密度季胺盐、聚合物大体积侧基及亲水柔性交联链,获得的交联膜能够在低离子交换容量下获得较好的传导性能,而且碱稳定性也有所提高。80 ℃下,传导率最高能达到93.2 mS cm^-1,伴随着溶胀率只有6.8%,而且季胺盐与主链之间的柔性烷基链间隔使得其碱稳定性比普通主链结构的阴离子膜有了很大提高。（2）利用多烷基溴型柱芳烃和胺化聚醚砜构筑交联型阴离子交换膜。考虑到含柱芳烃的聚电解质合成困难,多官能团的柱芳烃直接作为交联剂与胺化的聚醚砜构筑交联膜,直接构筑的交联膜传导性能和碱稳定性都比较突出。相比于上一章的分子结构,本章的局部官能团密度更高,而且阴离子膜的离子交换容量可以更大。80 ℃下,传导率最高能达到155 mS cm^-1,相应的溶胀率为23.5%,高密度的交联结构使得最大拉伸强度为33.3 MPa。高传导率也使得电池性能有了一定提高,最大功率密度达到了135.3 mW cm^-2（H₂/O₂,60 ℃,100%湿度）。（3）将环糊精引入阴离子膜的分子设计中合成了环糊精接枝的聚苯醚。单官能化的环糊精通过柔性链连接到商品化的聚苯醚主链上,同时主链上还含有传导离子的季胺盐。亲水性的环糊精提升了水分吸收,促进了离子传输。相比于传统的聚苯醚型阴离子膜性能有了很大的提升。不同溴化度相同环糊精含量和相同溴化度和不同环糊精含量的阴离子膜被分别合成,实验结果表明在较高的离子交换容量（IEC）水平下,亲水性的环糊精引入不会造成过度吸水溶胀,最高的传导率达到了110.8 mS cm^-1,相应的溶胀率只有22.8%。环糊精的引入也阻碍了氢氧根对聚合物的降解,碱稳定性有了一定提升。更重要的是,环糊精型阴离子膜燃料燃料电池最大功率密度达到了154 mW cm^-2（H₂/O₂,60 ℃,100%湿度）,证明了其用于阴离子膜燃料电池的可行性。（4）合成不同侧链长度的环糊精接枝聚苯醚。侧链长度对环糊精接枝聚苯醚的性能有着重要的影响。具体来说,侧链亚甲基数量减少使得相应的阴离子膜有着,更高的传导率,但也造成了吸水溶胀较高,机械性能相对降低,碱稳定性变弱。单个亚甲基环糊精侧链的阴离子膜传导值最大达到了107.3 mS cm^-1,而相应的吸水率和溶胀率也最高,分别为108.3%和18.9%,但是其拉伸强度是最低,只有19.6 MPa。