直接甲醇燃料电池（DMFC）以其高效、高能量密度、低排放、燃料可再生及其储运与补充方便等优点而成为理想的发电装置之一，其中具有隔离燃料和传导质子功能的质子交换膜是影响DMFC使用性能的关键部件。高性能磺化聚醚醚酮（SPEEK）制备质子交换膜，取代传统的全氟磺酸膜，仍然存在综合性能不够高的弱点。本文在采用两种稀土金属氧化物如氧化铈（CeO₂）和氧化钇（Y₂O₃）、四种离子液体分别一元掺杂改性SPEEK膜的基础上，采用Y₂O₃和磷钨酸（PWA）以及一种离子液体的三种组分分别二元或三元掺杂改性，同时还采取6T或12T的超强磁场处理掺杂改性膜，进一步研究掺杂和超强磁场处理对膜性能的影响规律和改性机理。首先采用浓硫酸对PEEK磺化处理，采取不同的磺化反应温度或反应时间，制备磺化度（DS）在36%⁹0%范围的一系列SPEEK树脂。SPEEK膜的电导率随DS增大而升高，DS为90%的膜电导率达到最大值1.20×10^-2S·cm^-1，而膜的透醇系数、吸水率和溶胀度均随DS升高而增大直至失效，中等磺化度40%⁷0%的SPEEK树脂较适合于制膜。对比N,N’-二甲基乙酰胺（DMAC）和二甲基亚砜（DMSO）及N,N’-二甲基甲酰胺（DMF）三种溶剂制备的DS为57%的SPEEK膜性能，其中采用DMAC制备的膜电导率较高，透醇系数居中，DMAC较适合用作制膜溶剂。试验结果表明，SPEEK质子交换膜依赖于质子在磺酸基团上跃迁实现质子的传导，因此电导率与磺酸基团数目直接相关。制备CeO₂和Y₂O₃分别掺杂DS为48%的SPEEK膜，分析不同稀土氧化物掺杂以及超强磁场处理对膜结构和性能的影响规律。红外光谱分析发现CeO2和Y2O3与SPEEK中磺酸基团发生配位作用，尤其Y₂O₃掺杂引起掺杂膜结构变化较明显。两种掺杂膜的电导率均随温度的升高而上升，随掺杂量的增加而下降，而其透醇系数和吸水率也均随掺杂量的增加而下降。经超强磁场处理后掺杂膜的电导率最大提高4.2倍，吸水率变化不明显，垂直方向处理的膜的透醇系数下降，最低值为1.56×10^-7cm²·s^-1，与纯SPEEK膜相比降低70%。Y2O3掺杂8wt.%的膜经12T超强磁场垂直方向处理后表现出弱顺磁性，表明超强磁场对膜中极性基团产生取向作用，有利于提高质子传导能力。对Y₂O₃和PWA二元掺杂改性65%DS的SPEEK膜分析进一步证明，Y₂O₃与磺酸基团发生配位作用，引起膜结构的变化。当Y₂O₃掺杂量一定时，掺杂膜的电导率、透醇系数、吸水率和溶胀度均随PWA掺杂量的增加而增加；而当PWA掺杂量一定时，随着Y₂O₃掺杂量的增加，膜的电导率略微下降，透醇系数、吸水率和溶胀度均降低，表明PWA流失率也随之降低，储水能力有所增强。对这种掺杂膜在120℃、12T超强磁场下垂直方向处理10h，其电导率提高约2.0倍，而透醇系数却略有下降，吸水率基本无变化。采用四种离子液体1-丁基-3-甲基咪唑甲磺酸盐、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐、1-羧甲基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐，分别与Y₂O₃以及PWA二元或三元掺杂到DS为65%的SPEEK中，制备一系列含离子液体多元掺杂膜。不同湿度状态下，多元掺杂膜的质子电导率比纯SPEEK膜显著提高，在90℃、100%相对湿度下高达1.98×10^-1S·cm^-1。而掺杂膜的透醇系数略有增大，其中离子液体和Y₂O₃二元掺杂膜的透醇系数较低。1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐和Y₂O₃二元掺杂膜具有最佳的综合性能，有望应用于DMFC。