目前化石能源仍然是人类最为依赖的能源方式,但是长期燃烧化石能源所排放的温室气体已经导致了诸多环境问题。基于这一点,世界各国都在寻找一种可持续的新型能源方式来代替化石能源。目前新兴的绿色能源有燃料电池,太阳能电池,地热能,核能等。其中燃料电池具有较高的能量转化效率、绿色环保等特点,已经成为一种很有发展前景的能量转化装置。在多种类型的燃料电池中,质子交换膜燃料电池因为使用温度低,操作简便等诸多优点正在吸引着越来越多人的关注。质子交换膜是质子交换膜燃料电池中的重要组成部件,起到传递质子、阻止电极之间直接接触等作用。目前应用最为广泛的质子交换膜材料是以Nafion为代表的全氟磺酸聚合物,其本身特殊的结构使得它具有很高的质子传导能力以及优异的化学稳定性。但较高的燃料渗透率和高昂的成本限制了其大规模应用。因此,人们希望使用稳定性好,成本低廉的磺化芳香型聚合物代替全氟磺酸聚合物,作为质子交换膜材料进行实际应用。但是前期的研究结果表明,由于磺化芳香族聚合物内部的亲水相与疏水相之间的相分离结构不够完善,使得该类材料通常需要较高的离子交换容量(IEC)才能达到和全氟磺酸聚合物相似的质子传导率,由此导致的过量吸水会严重降低膜的机械性能与尺寸稳定性。本篇论文从分子设计的角度出发,利用磺化聚芳醚结构多样性的优势,将磺化四苯基甲烷结构引入不同聚合物体系中,设计并合成了具有局部高密度磺化结构的聚芳醚共聚物,促进了磺化聚合物膜内部良好的亲水-疏水的微观相分离结构的形成,在提升质子传导率的同时维持了较好的尺寸稳定性。此外,设计并合成了三个系列具有不同链结构的磺化聚芳醚共聚物,探讨了链结构对磺化聚合物微观相形貌与宏观性能的影响。本篇论文的第一部分工作:设计并合成了一种含有两个四苯基甲烷结构的双酚单体,将该单体与与六氟双酚A,4,4’-二氟二苯甲酮进行亲核缩聚反应,随后对合成的共聚物进行后磺化处理,浇铸成膜等操作。得到了一系列带有八磺化微嵌段含氟聚芳醚酮质子交换膜材料(6F-SPAEK-x)。由两个磺化四苯基甲烷组成的高密度磺化结构与含氟的聚合物主链之间存在强烈的极性对比,从而促进膜内部形成良好的亲水-疏水相分离结构。随着IEC值的逐渐增加,亲水离子簇之间的距离逐渐缩小,连续的亲水相形成。在IEC值为1.68 meq.g-1的情况下,6F-SPAEK-15膜具有适中的吸水率与溶胀率以及较高的质子传导率;100 oC时,其最高的质子传导率为215 m S cm-1,几乎是相同条件下Nafion 117的1.5倍。本篇论文的第二部分工作:设计并合成了三种分别含有单个、两个、三个四苯基甲烷结构的双酚单体,随后将这三种双酚单体分别与4,4’-二氟二苯甲酮,4,4’-二羟基二苯砜进行亲核缩聚反应。将制得的聚合物进行后磺化处理,浇铸成膜等操作,成功制备出三个系列含有不同链结构的磺化聚芳醚质子交换膜材料(mt-SPAE-y,dt-SPAE-y,tt-SPAE-y),其中每个系列磺化聚合物分别含有三种不同的IEC值。随着IEC值增大,磺化聚合物膜内部的亲水离子簇之间的距离减小。在IEC值相同的情况下,随着亲水段尺寸增大,亲水离子簇的尺寸也随之增大。通过提高IEC值和增大亲水段尺寸的方式,可以增强磺化聚合物的微观相分离结构,形成更加连续的亲水相,从而提高磺化聚合物膜的吸水率、溶胀率以及质子传导能力。80 oC条件下,三个系列磺化聚合物膜的吸水率与溶胀率的最高值分别为61.41%与20.91%,质子传导率的最高值为76.97 m S cm-1,质子传导活化能的最低值为10.2 k J mol-1。综上所述,本文从分子设计的角度出发,设计并合成了具有不同数量四苯基甲烷结构的双酚单体,并将这些单体成功引入到不同的聚合物体系中。磺化四苯基甲烷结构形成的高密度磺化结构与聚合物主链之间可以形成良好的亲水-疏水微观相分离结构,从而有效的提升薄膜的电化学性能。随后本文对链结构对磺化聚合物微观形貌与宏观性能的影响进行了探讨,发现通过提高IEC值与增大亲水段尺寸这两种方式,可以促进磺化聚合物膜形成连续的亲水相,从而提高吸水率、溶胀率以及质子传导能力。