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阴离子交换膜燃料电池氧还原反应(ORR)动力学速率快、可采用非贵金属作为催化剂、成本低,因此成为近年来新型清洁能源的研究热点之一。作为其核心部件的阴离子交换膜需要具有以下性能:具有好的微相分离结构;制备路线绿色环保无毒;膜材料能够溶解在非燃料低毒低沸点有机溶剂中,以用作催化层离聚物。为满足以上要求针对不同主链,本文首先选用吸电子基团羰基比例较高的聚醚醚酮酮(PEEKK),制备了易溶于异丙醇的咪唑功能化聚醚醚酮酮膜,实现了膜材料直接作为催化层离聚物;并分别通过可溶于二氯甲烷且苯环电子云密度较高的聚砜(PSf)的傅克烷基化路线,以及单体共聚制备的含有强吸电子羰基且带有烯丙基双键的聚芳醚酮(PEK-DB)的反马氏加成氯化路线制膜,降低了氯甲基化路线的毒性;同时向膜内引入长侧链结构诱导形成良好的亲水/疏水微相分离结构,提高了膜的氢氧根离子传导率、尺寸和碱性稳定性。为实现制膜材料直接用作催化层离聚物,改善现有商业化催化层离聚物传导率低、高性能膜材料用作离聚物不易溶于非燃料低毒低沸点有机溶剂的问题,选用结构中羰基比例增加的商业化的PEEKK,提高与苯环的π-π共轭作用,通过氯甲基化路线制备的1,2-二甲基咪唑功能化聚醚醚酮酮(PEEKK-DImCl)溶解度参数增加,易溶于异丙醇,降低了膜电极组件(MEA)的接触电阻,提高了燃料电池性能。咪唑功能化PEEKK膜(PEEKK-DImOH)的离子交换容量(IEC)测定值为1.14-1.65mmol g-1,吸水溶胀测试中所有膜均保持形态完整,由其组装的H2/02燃料电池的最大功率密度为46.2mW cm-2,远高于商业化AHA(?)的燃料电池(2.4mW cm-2)。为替代氯甲基化路线,使制备路线更加绿色环保,改善酰基化路线化学稳定性差、溴化苄甲基等其他非氯甲基化路线复杂需要特定聚合物结构的问题,提出将傅-克烷基化路线用于阴离子交换膜的制备,通过调整1,4-二溴丁烷与聚砜的反应温度、反应时间和催化剂用量制备了具有不同溴代程度(3%-20%)的溴代聚砜(PSf-Br),验证了该路线替代氯甲基化路线的可行性。PSf-Br与1,2-二甲基咪唑反应和碱化处理后制备的溴代咪唑功能化聚砜阴离子交换膜(PSf-BDMImOH(Br))的电导率随温度和IEC的上升而增大;膜具备优异的抗溶胀能力,80℃下所有膜溶胀度均低于10%,且全部保持完整形态,表明PSf-BDMImOH(Br)膜具有良好的尺寸稳定性。为进一步提高傅-克烷基化反应活性,并引入长侧链结构诱导膜内形成亲水/疏水微相分离结构,提出合成活性更高的新烷基化试剂氯化1-丁基-2,3-二甲基咪唑以提高氯代咪唑功能化聚砜(PSf-BDMImOH(C1))膜的功能化程度,同时引入柔性咪唑功能化侧链;透射电镜(TEM)和小角X射线衍射(SAXS)确定膜内形成明显的亲水/疏水微相分离结构,离子簇尺寸随IEC(0.16-0.57mmol g-1)增加而增大,与其他非氯甲基化路线制备的膜相比具有高的单位IEC离子传导率(56.8S g cm-1 mol-1)及极低的单位电导率溶胀度(80℃时仅为0.08%cm mS-1),表明膜具有优秀的尺寸稳定性。此外膜的碱性稳定性良好,在80℃,2M KOH中浸泡144h后膜的FT-IR谱图未发生明显变化,离子传导率保持在原膜的80%左右,机械强度基本保持不变。H2/O2单电池的最高功率密度为37.8mW cm-2,远高于商业化AHA(?)膜组装的燃料电池(2.4mW cm-2)。最后,提出单体共聚制备含羰基和烯丙基双键的PEK-DB主链,利用羰基的强吸电子效应诱导氯化氢对烯丙基双键反马氏加成氯化的制膜路线,通过调整功能化单体2,2’-二烯丙基双酚A的比例制备了具有更高功能化程度,更高IEC(0.43-0.68mmolg-1)和更高离子传导率(80℃时45.8mS cm-1),且含有柔性咪唑功能化聚芳醚酮阴离子交换膜(PEK-DMImOH)。SAXS、TEM和原子力显微镜(AFM)结果显示膜内形成明显的亲水/疏水微相分离结构,离子簇尺寸随IEC值增加而增大,膜具有较好的尺寸和化学稳定性,所有膜的溶胀度均低于8%,H2/O2单电池的最高功率密度为55.8mW cm-2,高于基于PSf-BDMImOH(Cl)膜组装的单电池功率。