磷酸掺杂聚苯并咪唑膜材料由于具有卓越的稳定性、高的机械强度,同时在高磷酸掺杂条件下还具有较高的质子传导率,被认为是最具潜力的高温质子交换膜（HT-PEM）材料。然而,在高磷酸掺杂条件下,聚苯并咪唑膜的机械性能急剧降低,同时膜中吸附的磷酸容易流失,影响质子交换膜燃料电池的性能和使用寿命。因此,如何在获得具有高质子传导率的同时改善高磷酸掺杂对聚苯并咪唑膜带来的负面影响,是磷酸掺杂聚苯并咪唑高温质子交换膜材料目前亟需解决的问题。金属有机框架材料（Metal organic frameworks,MOFs）,一种新兴的有机-无机多孔材料,在众多领域均具有巨大的发展潜力。在质子交换膜领域,由于MOFs具有高的孔隙率和结构可设计性,在基于合适的配体选择和在孔隙中封装质子载体后,可以在质子交换膜中形成质子传输通道,改善质子传输过程,从而获得较高的质子传导率。基于此,本文利用Zr系MOFs材料UIO-66（对苯二甲酸作为有机配体）及其衍生物在聚苯并咪唑基体构建质子传输通道,期望获得在较低磷酸掺杂条件下仍具备高质子传导率的聚苯并咪唑膜材料,从而改善高磷酸掺杂对聚苯并咪唑膜带来的负面效果。具体研究内容如下:（1）利用UIO-66在聚醚性聚苯并咪唑（OPBI）基体中构建出的质子传输通道,并通过对UIO-66掺杂量的控制获得了一系列具有不同传输范围质子传输通道的UIO-66@OPBI膜。研究结果表明,在OPBI基体中构建长程连续的质子传输通道可以有效提高聚苯并咪唑膜材料在低磷酸掺杂条件下的质子传导率和电池性能。具备长程连续质子传输通道的40%UIO-66@OPBI膜在磷酸掺杂量仅为73%的条件下,质子传导率在160oC达到了0.091 S cm-1。同时,氢氧燃料电池的峰值功率密度达到583 mW cm-2,并且在500小时的电池耐久性测试中,展示出了较高的稳定性,每小时的电压损失速率约为0.14m V h-1。（2）为了进一步提高低磷酸掺杂条件下聚苯并咪唑的电池性能,用二羟基磷酰基乙酸替换部分UIO-66中的对苯二甲酸连接配体,制备出不同比例有机磷酸配体改性的A:B-PA-UIO-66。同时基于上一章的工作,获得含有长程连续质子传输通道的A:B-PA-UIO-66@OPBI复合膜。结果表明,质子传输通道中有机磷酸配体的引入有效提高了磷酸掺杂聚苯并咪唑膜材料的电池性能。在磷酸掺杂率仅为70.89%的情况下,1:2-PA-UIO-66@OPBI的质子传导率在160 oC达到了0.097 S cm-1。同时,基于1:2-PA-UIO-66@OPBI膜的氢氧燃料电池在160 oC、无水条件下,峰值功率密度达到了640 mW cm-2。在电池的耐久性测试中,1:2-PA-UIO-66@OPBI燃料电池在运行500小时后放电电压仍大于620mV,平均电压损失速率约为0.1 mV h-1,比40%UIO-66@OPBI膜降低了约1/3。（3）为了进一步提高低磷酸掺杂条件下聚苯并咪唑膜的质子传导率。在前两章的基础上,将二羟基磷酰基乙酸和增甘磷作为有机磷酸配体替换UIO-66晶体中的对苯二甲酸配体,制备出不同结构的X-PA-UIO-66。并基于X-PA-UIO-66获得了含有长程连续质子传输通道的X-PA-UIO-66@OPBI复合膜。结果表明,在X-PA-UIO-66@OPBI复合膜中,X-PA-UIO-66晶体中的有机磷酸配体的引入为质子传输通道中提供了更多的质子传输位点和更高的质子浓度。在相同条件下,X-PA-UIO-66晶体中有机磷酸配体上的磷酸基团数量越多,X-PA-UIO-66@OPBI膜的质子传导率就越高。以含有两个磷酸基团的增甘磷作为有机磷酸配体的2G-PA-UIO-66@OPBI膜的质子传导率在180 oC达到0.128S cm-1,同时拉伸强度在18 MPa以上,完全满足高温质子交换膜燃料电池的使用要求。