中温质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)具有较高的能量转换效率,优异的CO耐受性及简化的水热管理,成为了目前的研究热点。质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)是PEMFC的核心部件,主要起着阻隔阴极和阳极,并传导质子的作用。目前,商用的PEM多为全氟磺酸膜(Nafion),尽管其电导率高,稳定性较好,但其价格昂贵,导电过度依赖水,需在不断加湿条件下才能正常工作,造成水管理困难。在中温时,由于水分的蒸发,PEM内质子传递过程会出现断垒,严重影响了电池效率,限制了 PEMFC在中温下的应用。因此,研制可在中温、不加湿条件下导电的PEM是使PEMFC走向广泛应用的关键课题之一。离子液体(Ionic Liquid,IL)作为一种室温熔融盐,在中温、不加湿条件下有高电导率,电化学窗口宽且稳定、饱和蒸气压低,是较理想的可替代水的质子导体。在中温PEM应用中,可将IL掺杂到聚合物中,如磺化聚醚醚酮(SPEEK,SP),从而制备在中温、不加湿条件下导电的SPEEK/IL复合膜。SPEEK易于合成、价格低廉、环境友好,与Nafion具有类似结构但比Nafion综合性能更佳。但液态的IL会溶于水,易流失,且这类复合膜的机械性能较差。因此,需引入稳定的无机固体填料搭载IL,如介孔氧化硅(NMS),可利用其表面相互作用保留IL并提高复合膜的机械性能。但研究发现,因氧化硅自身不导电稀释了质子传导位点,破坏了质子跳跃的连续性,进而导致复合膜的电导率随着填料含量的增加而下降。经进一步研究发现,对氧化硅表面进行改性,可以提高其电导率。本文主要研究内容和结论如下:1)基于改性的介孔氧化硅在复合膜中构建连续的质子通道。首先,通过后嫁接法制备了氨基化介孔氧化硅(AMS),并优化介孔氧化硅的氨基接枝量。把经改性后介孔氧化硅AMS掺入到聚合物SPEEK和IL中,制备了 SP/IL/AMS复合膜。膜断面SEM结果显示,改性后介孔氧化硅均匀分散在复合膜中,构建了连续的通道,降低了质子跳跃能垒,提高了质子电导率。在中温、不加湿条件下,掺杂AMS的SP/IL/AMS复合膜的电导率是掺杂未改性NMS的SP/IL/NMS复合膜的4倍;2)基于咪唑型IL(N-乙基咪唑三氟甲磺酸盐EIm[Tfo]),在复合膜中不加湿条件下协同构成质子传递的通道。咪唑型IL由b(?)nsted酸(质子供体)和b(?)nsted碱(质子受体)组成的结构能够使其允许质子直接从质子供体跳到质子受体上。采用自组装法制备了中温、不加湿导电的SP/IL/AMS复合膜。傅里叶变换-红外光谱结果显示,SPEEK与IL,SPEEK与AMS之间靠分子间力、静电力结合。氨基的引入构成了连续的通道,IL的引入促使在不加湿条件下导电;3)基于AMS中氨基与SPEEK中磺酸根的相互作用,提高了复合膜的尺寸稳定性、拉伸强度。所有掺杂AMS的SP/IL/AMS复合膜的面积膨胀均低于SP/IL/NMS复合膜,氨基含量最高的SP/IL/3-AMS复合膜的膨胀程度最低。这是由于AMS上的-NH2和SPEEK上的-SO3H之间的酸碱相互作用,使复合膜的溶胀度下降,并增强其尺寸稳定性;4)复合膜的动态热力学结果和热重结果显示,NMS及AMS的掺杂增强了复合膜的机械性能和热稳定性,且所有复合膜在270℃内均能稳定存在。以上结果表明,本文所制备的复合膜是中温、不加湿条件下应用在PEMFC中有潜力的候选者。