近年来质子交换膜燃料电池(PEMFCs)因其具有能源转化效率高,无污染和功率密度高等优点而备受关注,被视为一种很有前景应用的电力设备。而质子交换膜作为燃料电池的核心器件,起到隔绝燃料和催化层以及提供质子传输通道的作用。目前商业化的全氟磺酸型的Nafion膜,由于其优异的电导率、良好的机械性能和长期的热稳定性而被广泛地应用。但它存在价格昂贵、高的甲醇渗透性、氟泄漏问题和低的热化学稳定性等缺点。为了解决这些存在的问题,近些年许多新型的非氟或者部分含氟的芳香性膜被开发出来,并且许多专家认为磺化型的芳香性膜是最有可能取代Nafion膜的高性能材料,主要是它们在恶劣的工作环境下仍能保持高的抗水解和抗氧化稳定性。聚醚砜由于其优异的综合性能,而广泛地被应用于芳香性的质子交换膜制备工艺中。而在我们的工作中,也正是利用聚醚砜的这些特性合成了一系列含密集磺化的苯并咔挫基嵌段聚合物材料。这些质子交换膜(SPDCP-x)通过后磺化的方法获取,而大平面的DCP单体的引入,有利于获得密集有序、结构确定的亲水段,使得电导率有了明显的提高。同时,由于咔唑上的N原子具有强吸电子的特性,与磺化后的苯并咔唑上的磺酸基团能形成一个酸碱反应对,有利于形成一种有效的邻位形式的磺酸分离方式。我们通过DCP单体强的π-π堆叠结构和分子间氢键的作用进一步探索质子交换膜多向传导通道的形成。基于以上的研究背景,主要的创新结果如下:(1)含大平面结构苯并咔唑基团的聚醚砜(PDCP-x)的合成。PDCP-x主要通过常规的亲核取代共聚合成,对比与传统型的聚醚砜材料,PDCP-x具有更高的玻璃化转变温度(Tg),其中PDCP-1.5的Tg高达240℃。并且PDCP-x的耐热性能优异,主要分解温度均高于450℃。另外,PDCP-x展现了优异的机械性能。(2)含密集有序亲水段的SPDCP-x的合成及性能研究。SPDCP-x主要通过后磺化的方法成功获得。其中大平面结构的引入,通过π-π作用加强了分子链间的堆叠,进而有效地抑制膜吸水,并且形成了多向的质子传导通道。80℃下,PDCP-1.5的IEC达到1.52 mmol g-1,但其吸水率和体积膨胀率分别仅为54.6%和11.8%。除此之外,90℃时,SPDCP-x膜的电导率高达248.2 mS cm-1。(3)SPDCP-x膜质子传导机理的研究。SPDCP-x内存在的分子内氢键,形成了一个有效的邻位磺酸基团方式,缩短了质子传导的距离,并有效的提高了质子传导的能力。此外,由大π共轭DCP结构引入的强π-π堆叠相互作用方式提供了额外的动力,使得SPDCP-x膜即使在高温下也能有稳定的水吸收。这些综合因素的影响,有利于质子传导和电导率的提高。