【摘 要】
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质子交换膜是聚合物电解质膜燃料电池的重要部件。本文选用来源广、成本低且综合性能优良的芳烃类聚合物,磺化聚芳醚砜（SPAES）及磺化聚醚酮（SPAEK）为基体,制备了三类无机纳米材料双掺杂改性质子交换膜并对它们的性能进行了评价。采用亲核缩聚合成了SPAES,将磷钨酸（HPW）锚定在介孔石墨相氮化碳纳米片（mg-C3N4）表面,通过溶液浇铸法制备了SPAES/HPW/mg-C3N4纳米复合膜（1.62
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质子交换膜是聚合物电解质膜燃料电池的重要部件。本文选用来源广、成本低且综合性能优良的芳烃类聚合物,磺化聚芳醚砜（SPAES）及磺化聚醚酮（SPAEK）为基体,制备了三类无机纳米材料双掺杂改性质子交换膜并对它们的性能进行了评价。采用亲核缩聚合成了SPAES,将磷钨酸（HPW）锚定在介孔石墨相氮化碳纳米片（mg-C3N4）表面,通过溶液浇铸法制备了SPAES/HPW/mg-C3N4纳米复合膜（1.62～1.70 mmol/g）。结果表明:所制备的膜结构致密、机械强度高,具较高的吸水率,良好的尺寸稳定性和氧化稳定性,mg-C3N4有效抑制了HPW的流失。SPAES/HPW/mg-C3N4-1.5纳米复合膜在80℃时吸水率为50%,尺寸变化率仅为7.2%,质子电导率达到203 mS/cm,氢氧燃料电池的最大功率密度（MPD）为355～582m W/cm~2（60～100%RH）。以P25为原料,制备出丁基磺酸接枝TiO2纳米管（s-TNT）,与mg-C3N4及SPAES共混,通过溶液浇铸法制备了SPAES/s-TNT/mg-C3N4纳米复合膜（1.53～1.69 mmol/g）。结果表明:所制备的膜结构致密、机械强度高,尺寸及氧化稳定性良好。SPAES/s-TNT/mg-C3N4（1/3）膜在90℃时质子电导率达到202 mS/cm,经芬顿试剂处理后质量损失小于5%,离子交换容量和质子电导率保持90%以上,在80℃时的氢氧燃料电池MPD为512 m W/cm~2。采用亲核缩聚合成了SPAEK,双掺杂氧化石墨烯（GO）纳米片和石墨相氮化碳（g-C3N4）纳米颗粒,通过溶液浇铸法制备了SPAEK/GO/g-C3N4纳米复合膜（1.44～1.61mmol/g）。结果表明:所制备的膜结构致密、尺寸及氧化稳定性好、拉伸应变为113.5～238%,拉伸强度为28.6～40.5 MPa,杨氏模量为1.49～1.8 GPa。双掺杂体系有效地促进了质子电导率以及电池性能的提升。SPAEK/GO/g-C3N4（2/2）膜在90℃时质子电导率达到228 mS/cm,在80℃时的氢氧燃料电池MPD为669.5 mW/cm~2。
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