1、離子交換膜是膜狀的聚電解質，由于其聚合物主鏈上共價鍵結合的荷正電或荷負電功能基團的存在，可選擇性的傳導陰離子和陽離子。過去的幾十年，離子膜被廣泛應用于各種化工生產(chǎn)過程中，例如電滲析脫鹽、化工廢水處理、氯堿工業(yè)生產(chǎn)等。近些年來，隨著化石能源的日益枯竭，基于離子膜的能量轉換與存儲，如反向電滲析、燃料電池、微生物燃料電池、液流電池等越來越受到人們的廣泛關注。其中離子膜燃料電池具有綠色、能量密度高、燃料來源豐富等特點是目前的研究熱點。離子膜作為

2、燃料電池的關鍵組成部分，其離子傳導性能是衡量其在燃料電池中應用的最重要參數(shù)之一。目前為止，大部分的燃料電泡用離子膜均以共價鍵形式直接將離子交換基團鏈接在聚合物主鏈上或懸垂在側鏈上，離子傳導率嚴重依賴于離子交換基團的數(shù)量，即離子交換容量(IEC)。一般規(guī)律是，離子膜的IEC越高，其電導率越高，但是IEC的升高又伴隨著膜含水和溶脹的升高，繼而影響膜的穩(wěn)定性。針對這一“trade-off”效應，本文開展“離子穿梭型”離子膜制備及離子傳導性能研

3、究，具體采用基于冠醚的主客體化學在聚合物主鏈中引入輪烷結構，在pH值和溫度響應下含離子交換基團側鏈在膜內局部穿梭（輪烷內），獲得低IEC高離子電導率的離子交換膜。
　　輪烷一詞來源予拉丁語，意為輪和軸，通過非共價鍵將一個線性部分和環(huán)狀部分組合成一個螺紋結構的混合物。由于兩個組成部分間是通過氫鍵作用結合在一起，因此通過外部刺激，消除掉主客體間的相互作用，兩個組成部分又會相對運動，正是受到這種“輪”與“軸”特有性能的啟發(fā)，本文考慮在離

4、子交換膜中引入輪烷結構。通過外部刺激，促使側鏈在輪烷中穿梭，提高離子膜的離子傳導率。離子交換膜內傳輸?shù)碾x子基本有三種，質子、氫氧根離子、碳酸氫根離子，因此本文分別合成了這三種離子類型的離子交換膜，研究其結構與離子傳導性能間的關系。
　　(1)首先利用聚?；磻铣闪艘环N主鏈中含有冠醚的高分子結構，同時合成出帶有冠醚識別位點二級銨鹽的小分子側鏈化合物。通過冠醚與銨鹽間的特異性識別，將側鏈小分子穿入到冠醚中，利用1-萘酚-3-磺酸鈉

5、鹽進行封端，制備出離子穿梭型質子交換膜。研究發(fā)現(xiàn)，此類質子交換膜在IEC=0.78時，85℃時離子電導率高達280 mS/cm。通過外部刺激消除掉主客體間的氫鍵作用，離子電導率變化明顯，并且由于離子膜的IEC比較低，膜的穩(wěn)定性對比具有同樣電導率的質子膜優(yōu)勢明顯。
　　(2)同樣基于冠醚與銨鹽間的特異性識別作用，在高分子骨架內引入側鏈分子，并且使用三異辛胺對其進行封端，從而制備得到離子穿梭型陰離子交換膜。本章著重測試了離子膜的氫氧根

6、型電導率，結果顯示IEC為0.68的陰離子交換膜，在90℃時的氫氧根型電導率高達189 mS/cm，與現(xiàn)有的氫氧根型離子交換膜相比，優(yōu)勢明顯。
　　(3)在第一章工作的基礎上，使用三苯基膦作為封端。本章著重測試了此膜的碳酸氫根型的離子電導率。結果顯示，IEC為1.05的季膦膜，在85℃時的碳酸氫根型電導率高達110 mS/cm，而且其同樣具有溫度和PH響應性，并且由于碳酸氫根型離子膜在使用過程中比較穩(wěn)定，使得此種陰離子交換膜具有更