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聚苯并咪唑(PBI)因其具备的独特优势,使之作为高温质子交换膜最具潜力的材料之一,受到了人们的广泛关注。但是,商业化的PBI高温膜在实际应用中存在着一些缺陷,如:可加工性差、质子传导率较低、在运行过程中容易被自由基氧化、以及酸流失等问题,限制了其进一步的发展。针对这些问题,本文从PBI的聚合物单体设计入手,通过改变聚合单体的结构、以及聚合方式,在微波条件下制备了三个系列的新型共聚物及其相应系列的膜材料,探索了相应的燃料电池性质,主要结论如下:(1)含联吡啶单元的非平面骨架PBI共聚物及其膜材料研究。设计合成并表征了 4,4’-[(4,4’-联吡啶)-2,6]-二苯甲酸(BPY)单体,通过调节BPY、吡啶二甲酸的比例,与联苯四胺进行三元共聚,在微波条件下制备了系列非平面骨架共聚物BPY-PBI-x及其膜材料。在PBI骨架中引入大体积非平面联吡啶结构单元,解决了商业PBI加工性差和传导率较低的问题。此外由于吡啶氮原子易形成氮氧键,在一定程度上减缓了 PBI骨架的自由基氧化过程,提高了膜材料的使用寿命。在酸掺杂量方面,该系列膜具有较高的酸掺杂量,使得质子传导率最高可达78.6 mS·cm-1。(2)含硫醚结构单元的PBI嵌段共聚物及其膜材料研究。利用BPY单体设计制备了 bpy-block以及含硫醚结构单元的s-block低聚物,在微波条件下制备了抗氧化能力更强的嵌段共聚物。所制备硫醚结构单元比例在40%时,相应的s-PBI-40%膜传导率在160℃时传导率最高达60.5 mS·cm-1。而膜的抗氧化性能也得到了显著的提升,在80℃高浓度Feton测试下,发现30h后s-PBI-40%膜损失约为5%,从而有效改善了膜的使用寿命。(3)含哌嗪结构单元的PBI共聚物及其膜材料研究。设计合成了含有哌嗪结构单元的PZDT单体,通过调节PZDT、吡啶二甲酸的比例,与联苯四胺进行三元共聚,在PBI骨架上引入了碱性较强的哌嗪单元,制备了系列固酸能力较强的膜材料。随着PZDT比例的增加,酸的掺杂量有了较为明显的增加,传导率在160℃是为46.8 mS·cm-1。其中PZDT-PBI-40%膜能保持将近85%的磷酸,这说明了提高碱性位点的碱性强度能有效地减少磷酸的流失。