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质子交换膜在燃料电池中具有关键的功能,它分离阴极和阳极,它提供了质子传输路径使质子由阴极流向阳极。在质子交换膜燃料电池中通常需要质子交换膜具有在电池的工作条件下具有高的质子传导性;长期的化学和机械稳定性;低燃料渗透率和低成本等功能。然而,现阶段可供实际应用的质子交换膜的代表——Nafion膜存在高温条件下质子传导率低,甲醇渗透率高,制作成本高等问题,限制了其作为质子交换膜的大规模使用。因而,制备甲醇渗透系数低,低成本的新的质子交换膜材料的研究成为现在的热点。聚磷腈是一种以N,P两种原子交替排列作为骨架结构的聚合物,具有较高的热力学和化学稳定性。此外,聚磷腈高分子具有较强的可修饰性,可通过向聚磷腈链引入适当的基团来满足质子交换膜对材料的性能需求,因此具有巨大的应用潜力。本文根据聚磷腈高分子材料的特点制备了三种类型的聚磷腈质子交换膜。通过原子转移自由基聚合方式(ATRP)合成了两个系列的聚磷腈接枝含有磺化的烷基侧链的聚苯乙烯高分子聚合物,聚[(4-甲氧基苯氧基)(4-甲基苯氧基)磷腈-接枝-聚{(苯乙烯)x-共聚-[4-(4-磺化丁基)苯乙烯]y}(M-PSx-PSBOSy)和聚[(4-氟苯氧基)(4-甲基苯氧基)磷腈]-接枝-聚{(苯乙烯)x-共聚-[4-(4-磺化丁基)苯乙烯]y}(F-PSx-PSBOSy)。然后在甲基磺酸作用下用交联剂2,6-二(羟甲基)-4-甲基苯酚(BHMP)与聚合物发生交联反应,制备质子交换膜。该膜具有较高的质子传导率,在80oC条件下质子传导率达到了0.288 S/cm,高于Nafion117膜(0.191 S/cm),且甲醇渗透率范围为1.60×10-7~10.4×10-7 cm2/s,低于Nafion117(15.8×10-7cm2/s)。此外,聚磷腈接枝共聚膜表现出良好的热稳定性和抗氧化性。设计合成了含有烷基磺酸侧链的聚磷腈类共聚物,并用共聚物与交联剂2,6-二(羟甲基)-4-甲基苯酚(BHMP)的交联反应制得质子交换膜PFMPPx-r-PFSPPy。所制得的PFMPPx-r-PFSPPy膜吸水率最高为41%,溶胀度最高为13.8%,Nafion在此条件下的溶胀度为18.2%。质子传导率在80℃条件下达到0.14 S/cm。PFMPPx-r-PFSPPy质子交换膜的甲醇渗透系数范围为1.35~7.18×10-7 cm2/s,低于Nafion 117(15.8×10-7cm2/s),PFMPPx-r-PFSPPy质子交换膜具有很好的热稳定性和抗氧化性。以磺化聚磷腈(SPBPP)为基质,PWA和SiO2为掺杂物,制备了PWA/SiO2/SPBPP复合质子交换膜。PWA和SiO2均匀的分散在SPBPP基质中,且PWA和SPBPP中的磺酸基团存在相互作用。复合质子交换膜具有比SPBPP更好的热稳定性,质子传导率在室温下达到了0.123 S/cm。