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质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种电化学能量转换装置,可以将燃料的化学能直接转换成电能。质子交换膜燃料电池通常以氢气为燃料,氧气充当氧化剂,生产水的过程没有污染物。此外,PEMFC表现出宽的功率范围,低的操作温度,高效率,高功率密度和长寿命。质子交换膜作为燃料电池的重要组成部分。PEM相关的研究报道非常多,主要集中在磺化聚醚酮和磺化聚醚砜的制备和性能研究方面。但是,质子交换膜材料仍旧存在不足,例如在高磺化度下膜尺寸稳定性差与化学稳定性低。现如今,为了提高质子交换膜的稳定性,许多离聚物被开发出来。本论文设计出两种新型含有可交联基团的侧链二氟单体,同时也制备出相应的质子交换膜,并对膜性能进行了研究。具体研究内容如下:(1)以1-(2,6-二氟苯基)-2-(3,5-二甲氧基苯基)乙烷-1,2-双酮(DFDMED)为基础,通过溴代反应合成中间体TBDFED,该中间体经过与3,5-二甲氧基苯硼酸的Suzuki偶联反应制备出单体TBDFTMED。各种化合物结构经过核磁(1H-NMR)、红外(FT-IR)和质谱(GC-MS)确认。然后,单体TBDFTMED与4,4’-联苯二酚(BP)、4,4’-二氟二苯砜(DFDPS)通过缩聚反应合成含多个甲氧基的聚芳醚砜,然而,得到的聚合物由于其粘度太小而无法制备出高分子膜,还需要进一步研究。(2)以4-甲氧基苄氯和2,6-二氟苯腈为原料,通过格氏反应、亲核加成、水解及氧化反应制备化合物DFMED;之后再通过脱甲基得到中间体DFOED;中间体DFOED与N-溴代丁二酰亚胺(NBS)的溴代反应合成中间体DBODFED;最后DBODFED再与3,5-二甲氧基苯硼酸通过Suzuki偶联得到二氟单体AODFMED,收率为20%。其中,单体以及中间体的结构经过核磁(1H-NMR)、红外(FT-IR)和质谱确认。(3)对单体AODFMED合成条件进行改良,我们使用硫酸二甲酯对化合物DBODFED进行甲基化,得到中间体DBMDFED。然后,中间体DBMDFED再与3,5-二甲氧基苯硼酸通过Suzuki偶联反应得到单体CH3-AODFMED。该单体与4,4’-联苯二酚(BP)、4,4’-二氟二苯砜(DFDPS)通过缩聚反应合成含多个甲氧基的聚芳醚砜(PAES-OMe),之后经过以三溴化硼为去甲基试剂的脱甲基反应和以1,4-丁磺酸内酯为磺化试剂的亲核取代反应合成出了磺化聚芳醚砜质子交换膜,并对制备出质子交换膜的离子交换容量和电导率进行测试。(4)以Nafion212膜为基础膜,在之前研究的基础上,优化膜电极(MEA)的热压工艺。并以氢气为燃料,纯氧作为氧化剂对燃料电池单电池性能进行测试,相比于之前的研究,燃料电池的运行参数得到了优化。Nafion212膜电极的单电池最大功率密度为543.00mW/cm2,与文献报道的值相当。同时,将课题组制备出的B-SPAES(5/5)与SPAES(1/2)两种膜材料分别制备成MEA,并测试单电池性能。测试结果表明:在IEC与导电率接近的条件下,嵌段型B-SPAES(5/5)膜的电池性能高于无规共聚型SPAES(1/2)膜的性能。