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质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cells,PEMFCs)是一种通过燃料与氧化剂的化学反应直接产生电流的发电装置。PEMFCs具有能量转换效率高、运行平稳、排放污染物低等优点,是目前公认的由化学能转化为电能效率最好的发电装置之一。质子交换膜(Proton Exchange Membrane,PEM)是PEMFCs中最至关重要的原件之一,其主要作用:将阳极质子转移到阴极,而且防止燃料交叉。杜邦公司的Nafion系列膜是目前应用中最广泛的PEM之一。它具有稳定的C-F主链,支链上含-S03H,主链和支链之间以氧链接,导电主要靠-SO3H中的质子与水分子结合形成水合质子来完成。Nafion膜靠水与起其磺酸根中质子氢键传递来导电,因此需要不断加湿。导致其工作温度低于80℃,造成其电化学活性低。离子液体(Ionic Liquid,IL)具有不挥发、中温导电并且热稳定性高等优点,是理想的中温、不加湿导电的膜材料。具有咪唑结构的IL,结构稳定,以及含有两个导电位点N,可增加质子跳跃位点,因此咪唑类IL成为中温、不加湿导电的良好的电解质。但IL是液态物质,在运行过程中易流失,需要加入适量Si02等稳定的固体介质搭载。但是,由于氧化硅本身不导电,加入估量的Si02会影响复合膜的导电性。另外,具有叫大比表面积的介孔氧化硅,对提高IL保留有贡献。基于此,本文将中空介孔有机硅(Hollow Mesoporous Organosilica,HMO)进行磺酸功能化,制备了磺化的中空介孔有机硅(Sulfonated Hollow Mesoporous Organosilica,sHMO),增加了其导电性。另外它具有较大的比孔容,并且表面含有大量的羟基,对IL的保留有更大的贡献。为提高PEM的柔韧性和机械性能,引入了结构类似于Nafion膜的磺化聚醚醚酮(Sulfonated Poly(Ether Ether Ketone),SPEEK)。在SPEEK中掺杂1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIm][BF4])IL,首次制得了 SP/IL/sHMO-x复合膜,并研究了复合膜的性能结果如下:1)合成了中空介孔有机硅并将其成功磺酸化;2)通过流延法制备了淡黄色、透明均匀的SP/IL、SP/IL/HMO-x和SP/IL/sHMO-x(x=2.5、5.0、7.5 和 10.0 wt%)复合膜,厚度约为 0.15-0.3 nm;3)FT-IR结果表明,SPEEK、IL和有机硅球之间并没有形成新的化学键,各组分之间是通过分子间氢键作用结合在一起;4)热重结果显示,在350℃之前,sHMO中的丙磺酸基团都可以稳定存在,对于复合膜,在240℃之前,所有的膜均可以稳定存在;5)IL流失结果表明,有机硅球含量越多,越有助于保留IL,而磺化的sHMO复合膜对IL保留能力相对于HMO较差;6)电导率结果证明,硅球的磺化对复合膜的电导率具有一定的贡献,当sHMO的含量为7.5%时,SP/IL/sHMO-7.5电导率达到1.13 mS/cm,是相同含量下SP/IL/HMO-7.5复合膜电导率的两倍,并且IL对于电导率起决定性作用。本研究为该类中温、不加湿导电的PEM的研制及其应用提供基础实验数据。