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全氟磺酸膜（Nafion膜）作为目前商业化性能最好的膜之一仍然占据着质子交换膜的主导地位，但是，耐高温性能差是制约其进一步发展的一个关键因素。目前，采用原位复合法制备有机-无机纳米材料复合质子交换膜是高温质子交换膜研究的一个热点。但是，采用该法所制备的Nafion/SiO2复合膜仍然存在很多问题，影响了复合膜性能的继续改进。本文在前人研究的基础上深入探讨了Nafion/SiO2复合膜制备工艺参数对膜性能的影响，通过膜的物理性能、电化学性能以及单电池性能测试研究了复合膜的耐高温性，设计了Nafion/SiO2复合膜的微观结构模型，并对复合膜的性能进行了理论分析。此外，在降低质子交换膜的成本的基础上，探讨了Nafion/SiO2/PTFE复合膜用于高温燃料电池的可行性。取得了如下成果：（1）Nafion/SiO2复合膜的拉伸强度低于Nafion膜，其主要原因在于Nafion膜在经乙醇浸泡后拉伸强度的降低。考虑到含硅率对拉伸强度的负面影响，Nafion膜在乙醇和水的混合溶液中的浸泡时间在30min以内较好。在原位合成步骤中，Nafion膜经过乙醇和水的混合溶液浸泡后，表面的水分对复合膜的Si的分布有影响，除去膜表面的水分再浸入到正硅酸乙酯/乙醇混合溶液中可以有效改善SiO2在膜内的梯度分布的状况。（2）Nafion1135/SiO2复合膜的玻璃化转变温度最高可以达到189℃，而Nafion1135膜的玻璃化转变温度只有130℃左右。Nafion1135/SiO2复合膜和Nafion1135膜的含水率都随温度的升高而增加，温度达到100℃时，Nafion1135/SiO2复合膜的含水率为34.8％，而Nafion1135膜的含水率只有26.5％；温度为100℃，相对湿度60％的时候，Nafion1135膜的脱水率为45.26％，而含硅率10％的Nafion1135/SiO2复合膜的脱水率只有32.16％；100℃时，干态的Nafion/SiO2复合膜在相对湿度为60％时的吸水率是同样状态下Nafion1135膜的7倍。当电池温度达到110℃时，Nafion1135膜的运行曲线呈剧烈振荡样式，不能稳定运行，而Nafion1135/SiO2复合膜还能够在电流密度为600mA/cm2，电压0.6V的条件下稳定运行。说明Nafion1135/SiO2复合膜具有更好的抗低湿、耐高温性能。（3）通过红外光谱和核磁共振的研究表明采用原位复合的方法制备的Nafion/SiO2复合膜中的SiO2的纳米结构含有一定的亲水基团（Si-OH），且以交联和半交联的网络结构为主。小角X射线衍射和截面切片透射电镜的研究表明SiO2分布在的Nafion团簇中，且有部分SiO2以晶态形式存在．，SiO2颗粒的粒径在5-10nm之间。设计了Nafion/SiO2复合膜的微观结构模型，并对复合膜的性能进行了理论分析。（4）采用负压浸渍的方法可以制得填充度较好的Nafion/SiO2/PTFE复合膜，Nafion/SiO2/PTFE复合膜的拉伸强度和截面电导率与Nafion/PTFE复合膜相差不大，但是拉伸强度均比厚度相近的Nafion的高，而且Nafion/SiO2/PTFE复合膜具有较高的含水率。TG-DSC分析中可以看到Nafion/SiO2/PTFE复合膜在30-120℃的温度范围内失水速度明显低于Nafion/PTFE复合膜。因而Nafion/SiO2/PTFE复合膜具有较好的高温燃料电池的应用前景。