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直接甲醇燃料电池因转换效率高,启动快,燃料易得,排放物无污染等特点受到广泛的关注和研究。质子交换膜作为燃料电池的心脏,其性能直接决定了燃料电池效率的高低。目前,商业化的质子交换膜是全氟磺酸膜,它具有优异的质子电导率,化学稳定性和力学性能,但是也存在着明显的劣势,例如高温保水性能力差,甲醇渗透率高和污染环境。近来,研究者们开发出了可替代Nafion膜的磺化芳香族聚合物,如磺化聚醚醚酮,磺化聚芳醚砜和磺化聚芳醚腈等。然而,通常磺化芳香族聚合物膜仅在高IEC值下达到高的质子传导率,但是高IEC值通常会降低膜的阻醇性能,尺寸稳定性和机械性能。相反,低的IEC值虽然其他性能很优异但是质子电导率却达不到高值。为了平衡质子电导率和甲醇渗透率,研究者们想出了很多方法,具体包括:化学交联,有机-有机复合和有机-无机复合等。其中,有机-无机复合是提升质子交换膜综合性能最简单有效的方法。本论文以官能化石墨烯为无机填料,磺化聚芳醚腈（SPEN）作为基体,通过溶液共混的方法制备了一系列官能化石墨烯/SPEN复合质子交换膜。具体工作如下:（1）石墨首先通过改进Hummers法制备得到氧化石墨烯,再通过化学接枝方法制备出两种不同的官能化石墨烯:磺化氧化石墨烯（SGO）和氨基化氧化石墨（NGO）。然后将它们与SPEN共混分别得到单掺杂（S,N）和共掺杂的复合膜（S/N-1,S/N-2,S/N-3）。研究表明,所有复合膜都呈现出优良的热稳定性,机械性能和尺寸稳定性,共掺杂复合膜的性能优于单掺杂膜,其中S/N-3复合膜的性能最好,其质子电导率20℃时可达到0.064 S cm-1,在80℃可达到0.21 S cm-1,选择性高达到4.48×105 S·cm-3·s,几乎是Nafion117(0.45×105 S·cm-3·s)选择性的10倍。（2）通过化学接枝改性,在石墨烯表面同时接枝上磺酸基和氨基,并将其掺入SPEN基体中制备出一系列不同含量的NSGO/SPEN复合膜。研究表明,改性后的石墨烯与基体之间的相容性和分散性均显著提高。随着含量的增加,复合膜的吸水率,溶胀率,甲醇渗透率都出现了先降低后上升的趋势,而质子电导率呈现先升高后降低的趋势。在这一系列复合膜中,NSGO/SPEN-2复合膜的性能最佳,在20℃的质子电导率为0.056 S cm-1,甲醇渗透率为1.41×10-77 cm2·s-1。（3）根据亲核芳香取代反应机理,设计并合成了一系列氨基含量不同的氨基磺化聚芳醚腈并选出了综合性能最好的AmSPEN-10作为聚合物基体。将NSGO加入AmSPEN基体中制备出不同含量的NSGO/AmSPEN复合膜。实验结果表明,所有复合膜的尺寸稳定性都较好,在80℃时溶胀率仅为10.82%-13.36%。此外,NSGO/AmSPEN-2复合膜的甲醇渗透率仅为0.68×10-77 cm2·s-1,其选择性高达7.72×105 S·cm-3·s,比NSGO/SPEN复合膜的选择性提高了94.5%,是商业化Nafion117膜选择性的17.2倍。