随着全球范围内环境污染和能源短缺问题日益严峻，开发新型清洁能源迫在眉睫。质子交换膜燃料电池以其清洁、高效等优势在能源领域显示出广阔的应用前景。质子交换膜是质子交换膜燃料电池的核心部件，其性能决定了整个装置的能量转化效率。在膜内构建长程有序的纳米通道，并引入丰富的质子传递位点是提升膜质子传导率的关键。本研究以氧化石墨烯(GO)为质子传递通道的构筑单元，在GO纳米片层间引入插层剂，通过插层剂特殊的分子结构和活性官能团种类，有效调控膜的层间距、吸水率等，提升质子传递通道的连续性和规整度，实现了GO膜的质子传导率和机械性能的协同提升。主要的研究成果如下：
　　(1)协同调控膜内物理/化学微环境以强化质子传递过程。在GO纳米片间引入磺化杯芳烃(SC[n]A)为插层剂，通过真空辅助自组装制备GO/SC[n]A膜。SC[n]A分子具有超高IEC(5.37 mmol g-1)，引入了大量质子传递位点；SC[n]A具有刚性的骨架结构，能够稳定支撑GO纳米片，并通过共价相互作用交联GO膜，提升了膜的机械强度；设计三种尺寸不同但IEC相同的SC[n]A(n=4,6,8)，进一步调控GO膜的层间距，进而优化膜内水环境。GO/SC[4]A、GO/SC[6]A、GO/SC[8]A膜的层间距分别为1.63,1.72,1.82nm，相应地，其质子传导率呈现GO/SC[4]A＜GO/SC[6]A＜GO/SC[8]A的变化规律，在80℃，100%RH条件下，GO/SC[8]A-30%膜的质子传导率高达327mScm-1，为GO纯膜的2.9倍。
　　(2)调控膜内化学微环境以强化质子传递过程。在GO纳米片间引入磺化木质素(SL)为插层剂，通过真空辅助自组装制备GO/SL膜。SL分子具有网状结构，在拓宽GO层间距的同时提升了GO膜的机械强度；SL上丰富的磺酸基团和醚氧键分别作为质子供体和受体，提供了丰富的质子传递位点，构建连续的氢键网络，弱化GO/SL膜对水分子的依赖，同时提升了GO/SL膜在高湿、低湿条件下的质子传导率。GO/SL-100%膜在80℃，100%RH条件下的质子传导率高达346mScm-1，为GO纯膜的3.0倍。