MOFs基質(zhì)子交換膜的制備及性能研究

MOFs基質(zhì)子交換膜的制備及性能研究一、本文概述金屬有機(jī)框架材料（MOFs）作為一類新興的多孔晶體材料，在化學(xué)、物理和材料科學(xué)等多個領(lǐng)域都引起了廣泛的關(guān)注。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，如高比表面積、可調(diào)的孔徑以及豐富的活性位點(diǎn)，使得MOFs在氣體存儲、分離、催化、傳感器以及質(zhì)子傳導(dǎo)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。近年來，隨著能源和環(huán)保問題的日益突出，質(zhì)子交換膜作為一種高效、環(huán)保的能源轉(zhuǎn)換與存儲材料，其研究和應(yīng)用也受到了廣泛的關(guān)注。本文將探討MOFs作為基質(zhì)子交換膜的制備方法，并深入研究其性能表現(xiàn)，以期為質(zhì)子交換膜的發(fā)展和應(yīng)用提供新的思路和方法。本文首先將對MOFs材料的基本性質(zhì)和應(yīng)用背景進(jìn)行簡要介紹，然后重點(diǎn)闡述MOFs基質(zhì)子交換膜的制備過程，包括材料選擇、合成方法、膜結(jié)構(gòu)調(diào)控等關(guān)鍵步驟。接著，將通過實(shí)驗測試和表征手段，對MOFs基質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)性能、穩(wěn)定性、選擇性等關(guān)鍵性能指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)評估。本文還將探討MOFs基質(zhì)子交換膜在實(shí)際應(yīng)用中的潛在優(yōu)勢和應(yīng)用前景，以及可能存在的挑戰(zhàn)和解決方案。將總結(jié)本文的主要研究成果，并對未來的研究方向進(jìn)行展望。通過本文的研究，我們期望能夠為MOFs基質(zhì)子交換膜的應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持，推動質(zhì)子交換膜技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，為能源轉(zhuǎn)換與存儲領(lǐng)域的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。二、文獻(xiàn)綜述金屬有機(jī)框架（MOFs）材料，作為一類新興的多孔晶體材料，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能，近年來在能源、環(huán)境、化學(xué)等領(lǐng)域引起了廣泛的關(guān)注。MOFs材料具有高度可調(diào)的孔結(jié)構(gòu)、大的比表面積以及豐富的化學(xué)功能性，這些特性使其在質(zhì)子交換膜（PEM）的制備中展現(xiàn)出巨大的潛力。質(zhì)子交換膜是燃料電池和電解水制氫等能源轉(zhuǎn)換技術(shù)中的關(guān)鍵材料，其性能直接影響著設(shè)備的效率和穩(wěn)定性。將MOFs材料應(yīng)用于PEM的制備，有望為能源領(lǐng)域帶來革命性的突破。目前，關(guān)于MOFs基質(zhì)子交換膜的制備及性能研究已取得了一定的進(jìn)展。國內(nèi)外學(xué)者通過不同的合成方法，如溶液浸漬法、原位生長法等，成功地將MOFs材料引入PEM中。這些研究表明，MOFs的引入不僅可以提高PEM的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，還可以增強(qiáng)其穩(wěn)定性和耐久性。同時，通過對MOFs材料進(jìn)行功能化修飾，可以進(jìn)一步優(yōu)化PEM的性能，如提高質(zhì)子傳導(dǎo)速率、降低膜電阻等。盡管MOFs基質(zhì)子交換膜的研究取得了一定的成果，但仍存在許多挑戰(zhàn)和問題亟待解決。例如，MOFs材料的水穩(wěn)定性差、機(jī)械強(qiáng)度不足等問題限制了其在PEM中的實(shí)際應(yīng)用。關(guān)于MOFs基質(zhì)子交換膜的質(zhì)子傳導(dǎo)機(jī)理和性能優(yōu)化方面的研究還不夠深入，需要進(jìn)一步的探索和研究。MOFs基質(zhì)子交換膜的制備及性能研究具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價值。未來，隨著研究的深入和技術(shù)的發(fā)展，MOFs基質(zhì)子交換膜有望在能源轉(zhuǎn)換和存儲領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。三、實(shí)驗材料與方法本實(shí)驗所需的主要材料包括：金屬鹽（如硝酸銅、硝酸鋅等）、有機(jī)配體（如對苯二甲酸、均苯三甲酸等）、溶劑（如N,N二甲基甲酰胺、乙醇等）、質(zhì)子交換膜基底材料（如Nafion）等。所有化學(xué)品均為分析純級別，并在使用前進(jìn)行必要的純化處理。采用溶劑熱法合成MOFs。將金屬鹽和有機(jī)配體按照預(yù)設(shè)的摩爾比例溶解在適當(dāng)?shù)娜軇┲?，然后將溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)襯的反應(yīng)釜中，在一定溫度和壓力下進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完成后，通過離心分離得到MOFs沉淀，并用溶劑洗滌數(shù)次以去除未反應(yīng)的殘留物。將MOFs在真空烘箱中干燥，得到所需的MOFs粉末。將上述合成的MOFs粉末與質(zhì)子交換膜基底材料（如Nafion）混合，通過溶液澆鑄法制備MOFs基質(zhì)子交換膜。將MOFs粉末與Nafion溶液混合，攪拌均勻后得到鑄膜液。將鑄膜液澆鑄在玻璃板上，并在一定溫度下干燥。干燥后，從玻璃板上剝離得到MOFs基質(zhì)子交換膜。采用離子交換容量（IEC）、質(zhì)子傳導(dǎo)率、選擇性和穩(wěn)定性等指標(biāo)來評價MOFs基質(zhì)子交換膜的性能。IEC通過滴定法測量，質(zhì)子傳導(dǎo)率通過交流阻抗法測量，選擇性通過滲透實(shí)驗測量，穩(wěn)定性則通過長時間運(yùn)行實(shí)驗來評估。四、實(shí)驗結(jié)果與分析我們對制備的MOFs基質(zhì)子交換膜進(jìn)行了形貌和結(jié)構(gòu)表征。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察，發(fā)現(xiàn)MOFs材料在膜中均勻分布，形成了良好的納米結(jié)構(gòu)。射線衍射（RD）分析表明，MOFs材料的晶體結(jié)構(gòu)在制備過程中得到了保持，這對于質(zhì)子傳導(dǎo)性能至關(guān)重要。在質(zhì)子傳導(dǎo)性能方面，我們通過電導(dǎo)率測試發(fā)現(xiàn)，MOFs基質(zhì)子交換膜的電導(dǎo)率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜。這主要?dú)w因于MOFs材料的高比表面積和豐富的質(zhì)子傳導(dǎo)通道。我們還發(fā)現(xiàn)，隨著MOFs含量的增加，電導(dǎo)率先是呈現(xiàn)上升趨勢，但當(dāng)含量超過一定值時，電導(dǎo)率出現(xiàn)下降。這可能是由于過多的MOFs導(dǎo)致膜的結(jié)構(gòu)變得疏松，從而影響了質(zhì)子傳導(dǎo)效率。在穩(wěn)定性方面，我們對MOFs基質(zhì)子交換膜進(jìn)行了長期運(yùn)行測試。結(jié)果表明，該膜在連續(xù)運(yùn)行數(shù)百小時后，其電導(dǎo)率仍能保持較高的穩(wěn)定性，未出現(xiàn)明顯的衰減。這表明MOFs基質(zhì)子交換膜在實(shí)際應(yīng)用中具有良好的耐用性。我們考察了MOFs基質(zhì)子交換膜在不同溫度和濕度條件下的性能表現(xiàn)。實(shí)驗結(jié)果顯示，隨著溫度的升高和濕度的增加，電導(dǎo)率呈現(xiàn)出上升趨勢。這表明MOFs基質(zhì)子交換膜在較高的溫度和濕度環(huán)境下具有較好的質(zhì)子傳導(dǎo)能力。本實(shí)驗制備的MOFs基質(zhì)子交換膜具有較高的電導(dǎo)率和良好的穩(wěn)定性，在不同溫度和濕度條件下均表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。這為MOFs材料在質(zhì)子交換膜領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有力支持。五、結(jié)論與展望本研究通過對MOFs基質(zhì)子交換膜的制備及性能進(jìn)行深入研究，取得了一系列重要成果。我們成功合成了一系列具有優(yōu)異質(zhì)子傳導(dǎo)性能的MOFs材料，并通過優(yōu)化合成條件，實(shí)現(xiàn)了對MOFs材料結(jié)構(gòu)的精確調(diào)控。我們將MOFs材料與聚合物基質(zhì)相結(jié)合，制備出了具有優(yōu)異質(zhì)子傳導(dǎo)性能和穩(wěn)定性的MOFs基質(zhì)子交換膜。這些膜材料在燃料電池、電解水等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。具體而言，我們通過實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，MOFs基質(zhì)子交換膜在低溫條件下仍能保持較高的質(zhì)子傳導(dǎo)性能，這主要得益于MOFs材料中開放的金屬位點(diǎn)和有序的孔道結(jié)構(gòu)，為質(zhì)子傳輸提供了快速通道。MOFs材料與聚合物基質(zhì)的協(xié)同作用，使得MOFs基質(zhì)子交換膜在保持較高質(zhì)子傳導(dǎo)性能的同時，還具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。本研究還存在一些不足之處，例如MOFs材料的合成成本較高，制備工藝較為復(fù)雜，這在一定程度上限制了其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。未來，我們將繼續(xù)探索降低MOFs材料合成成本的方法，并優(yōu)化其制備工藝，以提高M(jìn)OFs基質(zhì)子交換膜的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。展望未來，隨著能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的深入實(shí)施，質(zhì)子交換膜作為清潔能源技術(shù)中的關(guān)鍵材料，將受到越來越多的關(guān)注。我們相信，通過不斷的研究和創(chuàng)新，MOFs基質(zhì)子交換膜將在燃料電池、電解水等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為推動我國清潔能源技術(shù)的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。同時，我們也期待更多的研究者加入到這一領(lǐng)域的研究中來，共同推動質(zhì)子交換膜技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。參考資料：質(zhì)子交換膜（PEM）是燃料電池和質(zhì)子膜水電解池中的核心組件，其性能直接影響到這些設(shè)備的效率和穩(wěn)定性。近年來，隨著對高效、環(huán)保能源需求的日益增長，對質(zhì)子交換膜的性能要求也越來越高。研究和開發(fā)新型的高性能質(zhì)子交換膜成為了當(dāng)前的重要課題。聚芳醚酮作為一種高性能的聚合物材料，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械性能，被認(rèn)為是一種極具潛力的質(zhì)子交換膜材料。溶解與攪拌：將混合物在一定的溫度和攪拌速度下進(jìn)行溶解，確保樹脂完全溶解。填充劑的分散：將預(yù)處理的填充劑加入到溶解好的樹脂溶液中，通過攪拌實(shí)現(xiàn)均勻分散。成型：將分散好的溶液進(jìn)行流延、鑄膜或刮刀涂布，形成預(yù)定的膜形狀。熱處理與加工：將成型的膜進(jìn)行熱處理，提高其結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性，并進(jìn)行必要的加工，如拉伸、熱壓等。通過一系列的性能測試，我們研究了聚芳醚酮基填充型復(fù)合質(zhì)子交換膜的各項性能。結(jié)果表明，這種質(zhì)子交換膜具有良好的質(zhì)子導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性以及機(jī)械性能，能夠滿足燃料電池和質(zhì)子膜水電解池等應(yīng)用的需求。填充劑的加入有效地提高了質(zhì)子交換膜的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，進(jìn)一步提升了其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。本研究成功制備出了聚芳醚酮基填充型復(fù)合質(zhì)子交換膜，并對其性能進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明，這種質(zhì)子交換膜具有優(yōu)良的質(zhì)子導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性以及機(jī)械性能，是一種極具潛力的新型質(zhì)子交換膜材料。未來，我們將繼續(xù)優(yōu)化制備工藝，提升質(zhì)子交換膜的性能，以滿足更多領(lǐng)域的需求。我們也將積極探索這種質(zhì)子交換膜在燃料電池和質(zhì)子膜水電解池等實(shí)際應(yīng)用中的表現(xiàn)，以期為這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）是一種高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，其核心部件包括質(zhì)子交換膜、電極和雙極板。膜電極是PEMFC的關(guān)鍵部分，其制備和性能研究對于提高PEMFC的效率和穩(wěn)定性具有重要意義。質(zhì)子交換膜是膜電極的核心組成部分，它起著傳導(dǎo)氫離子和阻止電子傳遞的作用。常見的質(zhì)子交換膜材料包括Nafion、磺化聚醚醚酮等。制備質(zhì)子交換膜的方法包括溶膠-凝膠法、相分離法、輻射接枝法等。制備出的膜需要具有較高的質(zhì)子傳導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性。催化劑層是由催化劑和碳黑等導(dǎo)電材料組成的。常用的催化劑材料包括鉑、鈀等貴金屬及其合金。制備催化劑層的方法包括涂布法、噴涂法、電化學(xué)沉積法等。制備出的催化劑層需要具有較高的電化學(xué)活性、穩(wěn)定性和壽命。將制備好的質(zhì)子交換膜和催化劑層通過粘合劑粘合在一起，形成膜-催化劑組合體。常用的粘合劑包括聚四氟乙烯、聚酰亞胺等。這一步對于保證膜電極的一致性和穩(wěn)定性非常重要。雙極板是燃料電池的另一個重要組成部分，它起著提供燃料和排放反應(yīng)產(chǎn)物的功能。雙極板的材料通常為金屬或復(fù)合材料，如不銹鋼、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等。雙極板的表面需要具有較好的耐腐蝕性和導(dǎo)電性。通過電化學(xué)測試，可以研究膜電極的電化學(xué)活性、極化曲線、阻抗譜等參數(shù)。這些參數(shù)可以反映膜電極在不同條件下的性能表現(xiàn)，為優(yōu)化膜電極的制備工藝提供指導(dǎo)。穩(wěn)定性性能研究主要包括長期穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性研究。長期穩(wěn)定性研究可以通過連續(xù)運(yùn)行測試來評估膜電極的運(yùn)行壽命；熱穩(wěn)定性研究可以通過對膜電極進(jìn)行熱分析、高溫運(yùn)行測試等方式來評估其在高溫條件下的性能表現(xiàn)。由于燃料電池運(yùn)行過程中會產(chǎn)生氫氣和氧氣等腐蝕性介質(zhì)，因此膜電極需要具有良好的耐腐蝕性能。耐腐蝕性能研究可以通過對膜電極進(jìn)行腐蝕試驗、浸泡試驗等方式來評估其耐腐蝕性能。傳質(zhì)性能研究主要評估膜電極對于反應(yīng)物和產(chǎn)物的傳質(zhì)能力。通過研究傳質(zhì)過程的動力學(xué)和熱力學(xué)特性，可以優(yōu)化膜電極的結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高反應(yīng)物的擴(kuò)散效率和產(chǎn)物的排放效果。質(zhì)子交換膜燃料電池作為一種清潔、高效的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，其膜電極的制備和性能研究對于提高電池的性能和穩(wěn)定性具有重要意義。本文介紹了膜電極的制備工藝和性能研究方法，這些研究成果對于推動PEMFC技術(shù)的發(fā)展具有重要價值。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）作為一種高效、清潔的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)，在交通、電力和便攜式設(shè)備等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。其商業(yè)化進(jìn)程受到一些關(guān)鍵材料和技術(shù)難題的制約，其中之一就是陰極催化劑的活性與穩(wěn)定性問題。傳統(tǒng)的質(zhì)子交換膜燃料電池陰極催化劑通常采用鉑（Pt）基材料，但由于其資源稀缺、價格昂貴，限制了燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用。開發(fā)非貴金屬陰極催化劑已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本文將對質(zhì)子交換膜燃料電池非貴金屬陰極催化劑的制備及性能研究進(jìn)行綜述。共沉淀法是一種常用的制備非貴金屬陰極催化劑的方法。通過將前驅(qū)體溶液與沉淀劑反應(yīng)，生成沉淀物，經(jīng)過洗滌、干燥和焙燒等處理后得到催化劑。共沉淀法可以制備出具有高比表面積、粒徑均勻的催化劑。溶膠-凝膠法是一種制備催化劑的常用方法。通過將金屬鹽溶液與還原劑混合，經(jīng)過水解、縮聚反應(yīng)形成溶膠，再經(jīng)蒸發(fā)、干燥和焙燒等處理后得到催化劑。溶膠-凝膠法制備的催化劑顆粒較小，比表面積較大，活性較高。微乳液法制備的催化劑具有較好的分散性和穩(wěn)定性。通過將金屬鹽溶液與表面活性劑、溶劑等混合，形成微乳液，再經(jīng)蒸發(fā)、干燥和焙燒等處理后得到催化劑。微乳液法制備的催化劑顆粒較小，形貌規(guī)整。非貴金屬陰極催化劑的活性與穩(wěn)定性是評價其性能的重要指標(biāo)。在質(zhì)子交換膜燃料電池工作過程中，催化劑需要具有良好的電化學(xué)活性、穩(wěn)定性以及抗碳化能力。目前研究較多的非貴金屬陰極催化劑主要包括鐵基、鈷基和鎳基等材料。影響非貴金屬陰極催化劑性能的因素有很多，如制備方法、材料組成、形貌結(jié)構(gòu)等。制備方法對催化劑的結(jié)構(gòu)和形貌有重要影響，進(jìn)而影響其電化學(xué)性能。材料組成是影響催化劑活性和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，通過調(diào)整金屬元素的比例可以提高催化劑的性能。催化劑的形貌結(jié)構(gòu)對其電化學(xué)性能也有重要影響。近年來，非貴金屬陰極催化劑的研究取得了重要進(jìn)展。在提高催化劑活性和穩(wěn)定性方面，研究者們通過優(yōu)化制備方法、調(diào)整材料組成和設(shè)計特殊形貌結(jié)構(gòu)等方法來提高催化劑的性能。例如，采用共沉淀法制備的鐵基催化劑具有良好的電化學(xué)活性；通過溶膠-凝膠法制備的鈷基催化劑具有較高的穩(wěn)定性和抗碳化能力；利用微乳液法制備的鎳基催化劑具有優(yōu)異的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性。質(zhì)子交換膜燃料電池非貴金屬陰極催化劑的制備及性能研究是一個重要的研究方向。目前，研究者們已經(jīng)取得了一定的研究成果，但仍面臨許多挑戰(zhàn)和問題。未來需要進(jìn)一步深入研究非貴金屬陰極催化劑的制備方法、材料組成和形貌結(jié)構(gòu)等方面的問題，探索更加高效、穩(wěn)定、低成本的制備技術(shù)，為質(zhì)子交換膜燃料電池的大規(guī)模應(yīng)用提供有力支持。質(zhì)子交換膜(ProtonExchangeMembrane，PEM)是質(zhì)子交換膜燃料電池（ProtonExchangeMembraneFuelCell，PEMFC）的核心部件，對電池性能起著關(guān)鍵作用。它不僅具有阻隔作用，還具有傳導(dǎo)質(zhì)子的作用。全質(zhì)子交換膜主要用氟磺酸型質(zhì)子交換膜；nafion重鑄膜；非氟聚合物質(zhì)子交換膜；新型復(fù)合質(zhì)子交換膜等。質(zhì)子交換膜燃料電池已成為汽油內(nèi)燃機(jī)動力最具競爭力的潔凈取代動力源.用作PEM的材料應(yīng)該滿足以下條件：現(xiàn)階段分為:全氟磺酸型質(zhì)子交換膜;nafion重鑄膜;非氟聚合物質(zhì)子交換膜;新型復(fù)合質(zhì)子交換膜等等在最長使用壽命范圍內(nèi)提供的功率密度最大，現(xiàn)已證明它可連續(xù)使用10000小時以上，并不斷改善設(shè)計，為固定式質(zhì)子交換膜燃料電池產(chǎn)業(yè)的商業(yè)成功作出貢獻(xiàn)。使便攜式燃料電池裝置體積更小、功率更大，這些組件使燃料電池用干反應(yīng)氣體就能出色地進(jìn)行工作，達(dá)到可滿足最具挑戰(zhàn)的應(yīng)用要求的耐用功率密度。在惡劣（炎熱和干燥）的汽車環(huán)境下具有最大的功率密度和耐用性。這些組件可在更熱和更干燥的工作條件下運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)更加簡化、功率更大的小型燃料電池組。質(zhì)子交換膜燃料電池具有工作溫度低、啟動快、比功率高、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被公認(rèn)為電動汽車、固定發(fā)電站等的首選能源。在燃料電池內(nèi)部，質(zhì)子交換膜為質(zhì)子的遷移和輸送提供通道，使得質(zhì)子經(jīng)過膜從陽極到達(dá)陰極，與外電路的電子轉(zhuǎn)移構(gòu)成回路，向外界提供電流，因此質(zhì)子交換膜的性能對燃料電池的性能起著非常重要的作用，它的好壞直接影響電池的使用壽命。迄今最常用的質(zhì)子交換膜（PEMFC）仍然是美國杜邦公司的Nafion®膜，具有質(zhì)子電導(dǎo)率高和化學(xué)穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，目前PEMFC大多采用Nafion®等全氟磺酸膜，國內(nèi)裝配PEMFC所用的PEM主要依靠進(jìn)口。但Nafion®類膜仍存在下述缺點(diǎn)：(1)制作困難、成本高，全氟物質(zhì)的合成和磺化都非常困難，而且在成膜過程中的水解、磺化容易使聚合物變性、降解，使得成膜困難，導(dǎo)致成本較高；(2)對溫度和含水量要求高，Nafion®系列膜的最佳工作溫度為70～90℃，超過此溫度會使其含水量急劇降低，導(dǎo)電性迅速下降，阻礙了通過適當(dāng)提高工作溫度來提高電極反應(yīng)速度和克服催化劑中毒的難題；(3)某些碳?xì)浠衔?，如甲醇等，滲透率較高，不適合用作直接甲醇燃料電池(DMFC)的質(zhì)子交換膜。為了提高質(zhì)子交換膜的性能，對質(zhì)子交換膜的改進(jìn)研究正不斷進(jìn)行著。從近兩年的文獻(xiàn)報道看，改進(jìn)方法可采用以下幾種方法：（1）有機(jī)/無機(jī)納米復(fù)合質(zhì)子交換膜，依靠納米顆粒尺寸小和比表面積大的特點(diǎn)提高復(fù)合膜的保水能力，從而達(dá)到擴(kuò)大質(zhì)子交換膜燃料電池工作溫度范圍的目的；（2）對質(zhì)子交換膜的骨架材料進(jìn)行改進(jìn)，針對目前最常用的Nafion®膜的缺點(diǎn)，或在Nafion®膜基礎(chǔ)上改進(jìn)，或另選用新型骨架材料；（3）對膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，特別是增加其中微孔，以使成膜方便，并解決催化劑中毒的問題。除了這3種改進(jìn)，現(xiàn)有的許多研究都或多或少的采用了納米技術(shù)，使材料更小，性能更佳。2003年12月4日公開的Columbian化學(xué)公司世界專利揭示了一種磺酸導(dǎo)體聚合物接枝碳材料。其制作工藝為將含雜原子的導(dǎo)體聚合物單體在碳材料中氧化聚合，并磺化接枝，該方法也可進(jìn)一步金屬化聚合物接枝的碳材料。含碳材料可以是炭黑、石墨、納米碳或fullerenes等。聚合物為聚苯胺、聚吡咯等。其質(zhì)子電導(dǎo)率為9×10-2S/cm（采用Nafion-磺酸聚苯胺測試）。國內(nèi)較多專利均采用類似方法。如2003年6月公開的清華大學(xué)中國專利CN1476113，將膜基體含磺酸側(cè)基的芳雜環(huán)聚合物加到溶劑中，形成均勻混合物后，加入無機(jī)物，形成懸浮物。通過納米破碎技術(shù)對該懸浮物進(jìn)行破碎，得到分散均勻的漿料，用澆注法制膜。其形成的膜結(jié)構(gòu)均勻、相當(dāng)致密。它不但能良好地抗甲醇滲透，還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和質(zhì)子傳導(dǎo)性，甲醇滲透率小于5%?！禞ournalofMembraneScience》雜志2005年刊登了香港大學(xué)發(fā)表的論文，其采用原位酸催化聚合法，將Nafion和聚糠醇共聚，由該材料制備的質(zhì)子交換膜明顯改善了還原甲醇流量，其質(zhì)子電導(dǎo)率為0848S/cm。2004年公開的中山大學(xué)中國專利CN1585153，介紹了一種直接醇類燃料電池的改性質(zhì)子交換膜的制備方法。所述制備方法是以市售的磺化樹脂為原料，并加入無機(jī)納米材料，通過流延法、壓延法、涂漿法或浸膠法等成膜方法來制備質(zhì)子交換膜。《ElctrochimicaActa》雜志2004年刊登了韓國Gwangju科技學(xué)院的論文，其采用了選擇改進(jìn)型聚合物為質(zhì)子交換膜，其選用了磺