根据分子设计、分子组装和材料设计的原理，本文设计用一种具有质子传输 功能的单体，和一种具有良好热、电性能的单体与一种具有良好机械、力学性能 的基材共聚，来制备一种具备质子传递功能的、性能优良的新型功能材料，用作 氢氧燃料电池中的质子交换膜。在课题组有关杯芳烃的超分子研究，及氟材料化 学研究的基础上，本文选择对质子具有优良分子识别能力，及质子传输功能的杯 芳烃衍生物作为传递质子的功能构造单元，并设计合成了全氟氧杂烯烃作为引入 优良机电性能及热稳定性的另一种功能构造单元，与杯芳烃一起像“砌块”一样 嵌聚在高分子主链上。由此制得热稳定性优异、电学性能良好的高分子化合物。 这是一种具有超分子特性的质子交换膜，有着十分广泛的应用前景。本文的工作 主要有： 1.通过F-阴离子催化六氟环氧丙烷齐聚、精馏分离、脱羧等系列化工工艺， 采用气相色谱定性跟踪技术成功地合成了全氟(3，6-二氧杂-5-甲基)辛烯，通过 IR、GC-MS、19F NMR等方法对产物进行表征，确认为目标产物。 2.利用分子设计原理和化学合成手段，通过一系列步骤合成了含可聚合基 团的5-丙烯酰胺杯[4]芳烃，并通过电喷雾质谱(ESI-MS)、1H NMR、13C NMR、 IR、元素分析等方法对产品进行了表征，确认为目标产物。 3.通过溶液聚合方法，将自行合成的上沿含可聚合基团杯[4]芳烃衍生物和 全氟(氧杂乙烯基)醚作为功能结构基元成功地引入到聚苯乙烯的高分子链骨架 中，制备了苯乙烯-丙烯酰胺杯[4]芳烃二元共聚物和苯乙烯-丙烯酰胺杯[4]芳烃- 全氟(氧杂乙烯基)醚的三元共聚物。通过IR、凝胶色谱、紫外光谱、氟元素分析， 确认为目标共聚物，其中苯乙烯-全氟(氧杂乙烯基)醚二元共聚物和苯乙烯-丙烯酰 胺杯[4]芳烃-全氟(氧杂乙烯基)醚三元共聚物皆为首次被合成。 4.首次尝试将主成分分析原理和紫外分析手段应用于高聚物组分含量分 析。采用紫外分光光度法和交叉验证的误差分析手段，提出了一种方便、易实施 的共聚物中杯芳烃含量的分析测试模型，并用分析体系中的各组份为参照物校验 该分析测试方法。实验结果表明，该方法误差小，适用范围广，利用该法的杯芳 烃含量分析均有令人满意的测试结果。 5.热重和DSC分析表明目标共聚物具有优良的热稳定性，能在400℃以下 稳定存在。利用四电极交流阻抗法测定目标共聚物的电导率，结果表明该共聚物 具有优良的导电性能。通过液膜传输和固膜传输的实验结果表明，本文制备的二 元、三元共聚物无论是在液膜状态下还是以固膜形式存在，均表现出良好的质子 传递能力。证明按本文思路制备的目标共聚物确是一种具有良好质子传递功能及 机电性能的、热稳定性特别优良的功能高分子材料，可望用在氢氧燃料电池的质 子交换膜，并在相关领域中有广泛应用前景。 关键词：质子交换膜 全氟(氧杂乙烯基)醚 主成分回归法 杯芳烃衍生物 溶 液聚合 热分析 电导测定 液膜传输