质子交换膜燃料电池具有功率高、噪音小、几近零排放的优点，近年来成为世界各国解决环境污染问题的一个重要手段。以煤气、天然气等小分子碳氢化合物作为燃料的小型燃料电池发电站应用于家庭及办公楼，对于资源枯竭、能源综合利用效率低下的国家，在提高一次能源利用效率、防治大气污染、CO2等温室气体减排等方面具有重要意义。然而，常温质子交换膜燃料电池以小分子碳氢化合物为燃料时，需在燃料电池前加设重整改质器，将燃料转换成H2。这一转换过程通常伴有CO的副生。CO对Pt等贵金属催化剂具有毒化作用，从而降低电池性能，故导入燃料电池之前必须净化至10ppm以下，以保证燃料电池的高效运转，从而增加了电池的成本、尺寸及复杂程度。当燃料电池的运行温度逐渐升高至100oC以上时，一方面，CO对Pt等贵金属催化剂的毒化作用大大减弱，直至无害；另一方面，产生的高温废热的利用效率也得到大大提高。因此，研发适用于小型家庭及办公楼热电联用发电装置的中高温质子交换膜燃料电池成为一个重要的发展方向，而开发性能优异的中高温质子交换膜材料则成为其中一个重要研究课题。现有的中高温质子交换膜材料主要有三类：（1）非氟磺酸膜，如磺化聚酰亚胺，该类膜具有价格低廉、适合高温操作、性能稳定的优点，缺点是易降解、电导率不高。（2）聚合物/无机物复合膜，如酸掺杂聚苯并咪唑复合膜；（3）一些固体酸，如CsHSO4、CsH2PO4等。第二类和第三类在近些年逐渐得到了广泛的研究，显示出在高温、低湿下具有较高的质子传导率的优点，但是普遍存在制备工艺复杂、价格昂贵、中高温（80-120℃）下稳定性能较差的缺陷。因此，从经济环保、性能稳定等角度考虑，研发中高温下综合性能优异的非氟磺酸膜仍为中高温质子交换膜材料的一个重要途径。聚醚醚酮（PEEK）和聚芳醚砜（PAES）是两种常见的综合性能比较优良的热塑性工程材料，它们具有优异的机械性能和良好的耐热性、耐腐蚀性能等，尤其适用于高温下连续使用，而且即使温度急剧变化仍能稳定运行。目前，PEEK和PAES产品已经渗透到许多领域。此外，它们的磺化产物因具有良好的热稳性、化学稳定性以及价格较为低廉等优势而成为研发中高温新型质子交换膜材料的一个重要方向，受到了广大科研工作者的极大关注。因此，基于这一现状，为开发出适用于中高温且价格低廉的电解质膜材料，本论文以中高温PEMFC用膜材料为研究背景，根据结构与性能的关系，利用聚芳醚酮砜的物理化学特性，设计合成了一系列不同磺化度的磺化聚芳醚酮砜高分子聚合物，并对其进行了结构表征与膜性能表征以及单电池性能研究。主要内容如下：第一部分磺化单体的制备创新性地采用一锅磺化法成功地制备了3,3’-二磺酸-4,4’-二氯二苯砜（SDCDPS）磺化单体。即以4,4’-二氯二苯砜（DCDPS）为单体，以五氧化二磷/浓硫酸为磺化试剂制备磺化单体，并采用红外光谱和核磁共振氢谱对重结晶产物进行了结构表征。结果发现，成功地在DCDPS的3、3’位上引入了两个磺酸基，且由P2O5与浓硫酸反应生成的磷酸对磺化产物结构无影响。该法具有即用即制、成本较低、安全方便等优点。第二部分磺化聚合物的合成与其结构表征以及酸式膜的制备采用磺化单体直接缩合共聚的方法，以上述得到的SDCDPS为磺化单体，与非磺化单体4,4’-二氟苯酮、邻四甲基联苯双酚直接缩合共聚合成了一系列不同磺化度的聚芳醚酮砜聚合物，并利用氢核磁共振波谱图和傅立叶转换红外吸收光谱图对其进行了结构表征，结果表明合成的聚合物为目标聚合物。此外，还研究了聚合物的溶解性。结果表明：该系列聚合物室温下在N-甲基吡咯烷酮（NMP）中具有良好的溶解性。以NMP为溶剂，利用溶液铺膜法按照一定的工艺流程制得该系列目标聚合物酸式膜。第三部分聚合物膜的性能表征对得到的这一系列酸式膜的膜性能进行了表征，并与从DuPont公司购买的Nafion117膜的相应性能进行了比较。结果表明：该系列聚合物膜不仅具有良好的热稳定性，而且随着磺化度的增加，吸水率、溶胀率、离子交换容量、质子传导率、甲醇渗透系数、机械性能以及耐氧化性等膜性能均成规律性变化，这是由于该系列聚合物之间的结构相似性和可比性所致。结果显示，与Nafion117膜的性能相比，尽管在耐氧化性能与柔韧性方面可能略显不足，但是较高磺化度的聚芳醚酮砜聚合物膜在80-100℃下的电导率、尺寸稳定性以及甲醇渗透系数等性能明显优于Nafion117，应用于中高温质子交换膜燃料电池的潜力仍值得探索。第四部分单电池性能测试为探究这些膜的电池性能，将得到的磺化聚芳醚酮砜聚合物酸式膜制备成膜电极组件，进行了直接甲醇燃料电池单电池性能测试。测试结果发现，由较低磺化度（磺化度小于0.8）的聚合物酸式膜组装的直接甲醇燃料电池的单电池开路电压均在0.5V左右，电池功率密度较低，约为0.10mW/cm2。当磺化度大于等于0.8时，电池的开路电压在0.8V左右，70℃下放电较平稳，电池功率密度可达50mW/cm2，可用作低温质子交换膜燃料电池的电解质膜材料。