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甲醇燃料电池以清洁、高效等特点受到广泛的关注。质子交换膜作为质子交换膜燃料电池的核心组件之一,已经逐渐成为了研究质子交换膜燃料电池这一领域的热点。现今已经商业化的质子交换膜当属美国杜邦公司制备的Nafion膜,但由于其甲醇渗透过高,合成困难,以及生产成本高等问题已经逐渐成为Nafion膜发展的瓶颈。因此制备新型的质子交换膜材料来替代Nafion等全氟磺酸膜成了研究热门。聚芳醚腈具有良好的机械强度,以及耐高温,耐腐蚀,易于制备,生产成本低等特点正受到广泛的研究,含磺酸基团的磺化聚芳醚腈很有希望作为下一代质子交换膜使用。本论文通过对磺化聚芳醚腈进行侧链交联改性,以期得到尺寸稳定性高、阻醇性好,同时拥有高质子电导率的质子交换膜。具体研究工作如下:1、以2,6-二氟苯甲腈、酚酞啉和磺酸钾盐为原料,通过亲核取代反应合成了侧链含羧基的磺化聚芳醚腈。调整酚酞啉和磺酸钾盐的比列,得到一系列不同磺化程度的磺化聚芳醚腈。再通过共价交联的方式制备交联型质子交换膜。TGA分析表明,CSPEN-X系列交联膜具有优异的热稳定性,氮气环境下,失重5%的温度在300℃附近。从吸水、溶胀数据看出,交联后膜的尺寸稳定得到有效的提升。阻醇性方面,交联后甲醇渗透减小了一倍左右。其中磺酸含量为70%的CSPEN-70聚合物薄膜其电导率与甲醇渗透率比值最高,其表现出来的数值大约为Nafion膜的5倍。2、为了得到阻醇性更好的交联型质子交换膜,选取具有优良阻醇性的聚乙烯醇作为交联剂。同时考虑到聚乙烯醇的加入会损失部分磺酸基团,稀释磺酸基团的浓度,实验前先对聚乙烯醇进行后磺化处理得到磺化聚乙烯醇。得到的交联膜同样具有优异的热稳定性。在阻醇性方面,SPEN-SPVA-40%样品有最低值8.08×10-8 cm2 s-1,相对Nafion 117有了明显的降低。同时该系列交联膜具有很好的机械性能,拉伸强度均大于43 Mpa,杨氏模量均大于1450 Mpa。在电导率与甲醇渗透率比值方面,SPEN-SPVA-40%有最高值,其值大约为1.51×105 S·s·cm-3,有Nafion 117膜的3.35倍左右。3、磺化聚乙烯醇作为交联剂虽然在阻醇性上有很大提升,但对膜的质子传导影响较大。为了降低交联对电导率的影响,选取磺酸钾盐作为交联剂进行交联,希望通过增加单位质量内磺酸基的含量来弥补电导率的缺失。交联后电导率受到的影响较小,同时在阻醇性方面也有较好的表现。因此,该系列质子交换膜在综合性能选择性上表现得更加优异。其中SPEN-SHQ-5%样品电导率与甲醇渗透率比值大约为Nafion 117的11.9倍,具有很大的潜力作为质子交换膜被应用于质子交换膜燃料电池。