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本论文旨在利用复合改性的方式,提高现有质子交换膜材料的质子传导率、尺寸稳定性、以及阻醇性能,使复合型质子交换膜在直接甲醇燃料电池中有更好的性能表现。1.制备一种内部填充离子液体的氨基化金属-有机骨架化合物纳米填料IL@NH2-MIL-101,利用物理掺杂的方法将其引入到含羧酸侧基的主链型磺化聚芳醚酮SPAEK聚电解质基材中,得到有机-无机复合型质子交换膜IL@MOF。IL@NH2-MIL-101与SPAEK间生成的酰胺键在复合膜内形成交联结构,使IL@MOF复合膜的尺寸稳定性和阻醇性能得到明显地改善。内部填充离子液体的IL@NH2-MIL-101纳米填料在复合膜内构成连续宽阔的质子传输通道,提高了复合膜的质子传导率。以上性能的改善使IL@MOF复合膜表现出更好的电池性能。2.制备一种氨基-磺酸基双功能化的金属-有机骨架化合物纳米填料MNS,通过物理掺杂的方法将其引入到侧链型磺化聚芳醚酮SNF-PAEK聚电解质基材中,得到有机-无机复合型质子交换膜MNS@SNF-PAEK。MNS与SNF-PAEK间的静电作用力在复合膜内形成离子交联结构,使MNS@SNF-PAEK复合膜的尺寸稳定性和阻醇性能得到明显地改善。MNS有机骨架上修饰的磺酸基团不仅避免了传导介质的流失,还在复合膜内构筑了长程传导的质子快速传输通道,提高了复合膜的质子传导率。同时,在静电力诱导作用下,MNS使SNF-PAEK分子链段重整,形成尺寸更大的离子团簇,促进质子传导。以上性能的改善使MNS@SNF-PAEK复合膜的电池性能相比原始SNF-PAEK膜有明显的提高。3.采用更加简单的合成方法制备一种烷基磺酸支链修饰的氨基-磺酸基双功能化的金属-有机骨架化合物纳米填料MNCS,通过物理掺杂的方法将其引入到SNF-PAEK聚电解质基材中,得到有机-无机复合型质子交换膜MNCS@SNF-PAEK。MNCS表面氨基密度更大,少量添加MNCS即可在SNF-PAEK基材内形成较高的离子交联程度,使MNCS@SNF-PAEK复合膜的尺寸稳定性和阻醇性能得到明显地改善。并且MNCS烷基磺酸质子传导基团自由体积大,可在纳米填料孔道内形成宽阔连续的质子传输通道,当复合膜中MNCS纳米填料添加1.5 wt%时即可获得与掺杂3 wt%MNS纳米填料相同的改善效果,减少了复合膜中纳米填料的消耗。同时MNCS与SNF-PAEK间的静电力诱导使复合膜内形成更大的尺寸离子团簇,降低质子在复合膜内的传输阻力,提高了复合膜的质子传导率。高质子传导率、低甲醇渗透率和良好的尺寸稳定性使MNCS@SNF-PAEK复合膜的电池性能相比MNS@SNF-PAEK复合膜有明显的提高,并且简化了制作流程,减少了材料用量,降低了总体成本。4.制备三种不同结构特点的磺化聚芳醚酮聚合物改性剂,采用共混的方式将其与Nafion基材复合,得到有机-有机共混复合型质子交换膜SPAEK@Nafion。在聚合物改性剂的作用下,SPAEK@Nafion复合膜的综合性能,尤其是阻醇性能得到明显改善。同时发现,与Nafion化学结构相似的磺化聚芳醚酮能够增强自身与Nafion基材的相容性,使聚合物改性剂对复合膜性能的改善更加明显。阻醇性能的提高使SPAEK@Nafion复合膜在甲醇燃料电池中的性能明显优于重铸Nafion膜。5.制备与Nafion化学结构相似的磺化聚芳醚酮聚合物改性剂SNF-PAEK,采用共混的方式将其与Nafion基材复合,得到有机-有机共混复合型质子交换膜S@N。并利用环氧树脂f EO与SNF-PAEK反应,将交联结构引入到聚合物改性剂中,使其与Nafion基材形成交联半互穿网络,进一步提高复合膜S@N/f EO的阻醇性能。在保证复合膜较少甲醇渗透率的同时,降低S@N/f EO的膜厚以降低膜电极电阻,使复合膜在直接甲醇燃料电池中的性能进一步提高,电池最大功率密度超过商品化Nafion 212膜。