中文摘要：

直接甲醇燃料电池（DMFC）在电动汽车及电子设备（手机、计算机等）等方面有着巨大的应用前景。研制出高性能、低成本的质子交换膜材料是DMFC能够获得推广应用的先决条件。本项目以磺化聚酰亚胺（sulfonated polyimide）及磺化聚苯（sulfonated polyphenylene）作为膜材料研究体系。通过合理的分子设计，合成一系列结构新颖的磺化单体及相应的磺化聚合物，详细地研究材料的化学结构与性能（质子导电率、甲醇透过率、耐水性、尺寸稳定性、磺酸基稳定性等）之间的关系，并在材料的结构中引入可交联基团或交联点。研究交联处理对膜性能的影响，找出最佳交联方法及条件，从中筛选出综合性能优异的材料用作DMFC中的质子交换膜材料，并评价燃料电池的性能。通过本项目的研究，有望开发出具有完全自主知识产权、价格低廉，可用于常温及中温（约150 C）工作的DMFC的质子交换膜材料。

结论摘要：

直接甲醇燃料电池在电动汽车和电子设备等方面有着巨大的应用前景。质子交换膜是燃料电池的核心部件。本项目研究成功地合成了磺化聚酰亚胺、磺化聚苯、磺化聚硫醚砜及磺化聚苯并咪唑等四大类质子交换膜材料，包括10种磺化二胺单体（其中9种未见报道）、5种取代二氯二苯酮单体（其中3种未见报道）及2种磺化二氯二苯砜单体（其中1种未见报道）。发明了一种简单且普遍适用的制备交联磺化聚合物膜的方法，所制得的交联磺化聚合物膜（聚酰亚胺、聚硫醚砜、聚苯并咪唑）的耐水性得到了极大的提高，同时显著地抑制了膜的溶胀，改善了膜在湿润状态下的力学强度，极大地降低了甲醇透过率，而膜的质子导电率仍维持在较高的水平。本项目成功地研制出了一系列具有良好力学强度，较低吸水率，优异耐水性，甲醇透过率仅为Nafion112的五分之一到十分之一，而质子导电率与Nafion112相当的高性能磺化聚合物膜。此外，成功地研制出具有良好力学强度的超支化聚苯并咪唑薄膜，与商业化聚苯并咪唑相比，超支化聚苯并咪唑具有更高的磷酸掺杂水平和力学强度，在170度零相对湿度下质子导电率高达0.064 S/cm，在高温质子交换膜燃料电池方面有着潜在的应用前景。