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质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种可以将化学能直接转化成电能的装置,具有绿色、高效、使用寿命长等优点,已经逐渐引起研究者的广泛关注。质子交换膜(PEM)作为PEMFC重要组成部分,其性能的优劣直接决定了PEMFC的使用性能的高低。目前,商业化的Nafion因生产成本高、高温条件下质子传导率低等限制了其广泛应用。研发性能更加优异的PEM已成为领域的研究热点。近年来利用纳米纤维比表面积高、长径比大以及表面结构易于修饰等特点来构建质子传递通道已经成为提高质子传导性能的重要方法。质子传递是生物体内普遍存在且意义重大的过程,嗜盐菌的视紫红质蛋白具有高效的光驱质子泵功能。研究表明,氨基酸残基是其实现质子高效传递的物质基础。受此启发,本论文提出基于纳米纤维的表面修饰,实现氨基酸有序富集,构建高效质子传递通道,从而提高质子传导性能。主要研究内容如下:利用Fmoc保护技术实现了纤维素纳米晶须(CWs)的氨基酸(AAs)表面固载(CW-AAs);与磺化聚砜(SPSF)溶液共混后,利用溶液浇铸法制备了SPSF/CW-AAs复合膜,研究了其结构与性能,结果表明CW-AAs的引入显著提高了复合膜的热稳定性、吸水性能及阻醇性能,且CW-AAs的引入有效提高了质子传导性能,SPSF/CW-Ser复合膜在80℃时的质子传导率可以达到0.234 S/cm,较SPSF提高了2倍。论文进一步利用溶液喷射纺丝技术制备了纤维素纳米纤维,经氨基酸表面修饰后通过液浸渍方法制备了SPSF-AAs复合膜。结果表明纤维素纳米纤维表面的氨基酸簇显著提高了复合膜的吸水率和质子传导率,同时复合膜的阻醇性能也得到明显提高,在80 ℃时,SPSF-Ser杂化膜的质子传导率可达0.264 S/cm。基于酸碱对可降低能垒、提高质子跳跃效率的理念,将聚丙烯腈纳米纤维水解获得酸性纳米纤维PAN-COOH,表面固载碱性氨基酸后制备了酸碱对增强纳米纤维复合膜SPSF/L-PAN。结果表明表面固载氨基酸的PAN-COOH纳米纤维的引入大幅提高了复合膜的吸水性能和质子传导性能。