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质子交换膜(PEM)是直接甲醇燃料电池(DMFC)的关键组件，起到阻隔氧化剂和燃料、传输质子、支撑催化剂的重要作用，决定着电池性能的好坏。目前，广泛应用的PEM是美国杜邦公司开发的Nafion系列膜。商业Nafion膜虽然具备较好的质子传输性能和化学稳定性，但其阻醇性能却较差，而且价格昂贵，在很大程度上提高了电池的成本。 本文采用离子交换容量(IEC)高、稳定性和机械性能好且价格便宜的磺化聚醚醚酮(SPEEK)分别与结构特殊的氧化石墨烯(GO)、接枝磺酸基的磺化氧化石墨烯(SGO)、经浓硝酸腐蚀和超声作用制备的带孔的氧化石墨烯(HGO)、带孔的磺化氧化石墨烯(SHGO)复合制备三明治膜SPEEK/GO/SPEEK、SPEEK/SGO/SPEEK、SPEEK/HGO/SPEEK和SPEEK/SHGO/SPEEK，希望机械性能高的SPEEK对功能性GO纸进行保护，并利用功能性GO纸较大的厚径比降低膜的甲醇渗透率，其磺酸基团和孔结构则促进质子传输。测试膜的IEC、质子传导率和甲醇渗透率，并将膜用于半被动式DMFC，测试DMFC在不同温度、不同甲醇浓度条件下的极化性能和稳定性，并与SPEEK空白膜、Nafion(@)112膜进行比较，验证SPEEK/SGO/SPEEK和SPEEK/SHGO/SPEEK三明治膜在PEM应用方面的优越性能。 研究结果表明，三明治结构膜SPEEK/SGO/SPEEK、SPEEK/HGO/SPEEK和SPEEK/SHGO/SPEEK表现出比Nafion(@)112膜更高的电化学性能，其中在较高温度80℃下SPEEK/SHGO/SPEEK三明治膜的性能最优异，而低温如45℃、65℃时SPEEK/SGO/SPEEK膜性能最好，具有很大的应用潜力。本论文为制备新型结构的PEM代替商业Nafion膜以及其他特殊应用的膜提供了一种新的方法，具有很大的科研价值和社会价值。