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质子交换膜是直接甲醇燃料电池(DMFC)的关键部件,不仅需要隔离燃料和氧化剂,而且是质子传递的唯一通道,其性能直接影响着DMFC的性能。非氟质子交换膜具有优异的阻醇性能,但存在质子传导率提高与溶胀增大的矛盾。针对这个难点问题,本文提出了采用蒙脱土(MMT)抑制膜溶胀,拓宽膜材料磺化度选择范围,增强膜性能。本文利用有机化蒙脱土的疏水性和钠基蒙脱土的亲水性,设计了聚合物/有机化蒙脱土质子交换膜体系和聚合物/水溶性聚合物/钠基蒙脱土质子交换膜体系,制备了磺化聚芳醚砜酮(SPPESK)/OMMT和磺化聚醚醚酮(SPEEK)/聚乙烯醇(PVA)/MMT复合质子交换膜并考察了其溶胀性能、机械性能、阻醇性能和质子传导性能。首先为了增强蒙脱土与聚合物的相容性,采用不同碳链长度季铵盐和不同离子类型季铵盐对蒙脱土进行有机化改性以增强蒙脱土的疏水性。提出了插层剂有机链在干态OMMT层间存在垂直双层构象,并对其进行了进一步证实,完善了有机链在干态OMMT层间构象模型。随着插层剂添加量的增加,插层剂有机链在层间分别呈1)平卧单层；2)平卧双层；3)倾斜单层；4)垂直双层；5)倾斜双层五种形态。采用十八烷基三甲基溴化铵(STAB)改性的干态蒙脱土最大层间距达到6.44nm。增加插层剂有机链长度和支链尺寸均有利于扩大OMMT层间距。其次为了增强OMMT在有机溶剂中的分散性,详细研究了有机化蒙脱土在溶剂中的微观和宏观溶胀行为,考察了溶剂汉森溶解度参数对有机链构象的影响。结果表明溶剂汉森溶解度参数是影响溶胀的重要因素,极性力δp是溶剂能否进入层间的决定性因素；色散力δd是湿态有机化蒙脱土层间距大小的决定性因素；氢键力δh对湿态有机化蒙脱土溶胀的影响弱于δd和δp,是影响大层间距蒙脱土是否剥离的重要因素。根据溶剂性质不同,提出了有机链在湿态OMMT层间构象的四种形态：1)倾斜单层；2)垂直单层；3)错位垂直双层；4)剥离状态。在不同类型溶剂中溶胀时,随着插层剂添加量的增加,插层剂有机链在层间构象的发展表现出不同的趋势。宏观溶胀研究结果表明,插层剂溶解度参数和插层剂添加量是影响湿态OMMT溶胀率的更重要因素。利用OMMT抑制膜溶胀,拓宽膜材料磺化度选择范围。选用中高磺化度(101%)SPPESK,制备了SPPESK/OMMT质子交换膜。研究结果表明,OMMT的加入很好的抑制了SPPESK膜的溶胀,随着OMMT含量增加,复合膜吸水率和溶胀率都显著下降,添加2%OMMT的复合质子交换膜质子传导率达到0.143S·cm-1,比具有相同溶胀率的SPPESK (82%)膜质子传导率高出近83%,室温甲醇渗透率为8.7×10-8cm2·s-1,仅为Nafion115膜的二十六分之一。为了进一步增加质子交换膜电导率,设计了聚合物／水溶性聚合物／钠基蒙脱土体系质子交换膜,利用MMT和PVA交联双重作用抑制膜溶胀。首先制备了SPEEK/PVA复合膜,利用PVA交联抑制膜溶胀,选用81%SPEEK为膜材料,添加30%PVA制备的复合膜质子传导率达到0.163S·cm-1(80℃),比具有相同溶胀率的SPEEK (DS51%)膜提高104%,接近相同条件下Nafion115膜质子传导率(0.186S.cm-1),且具有较低的溶胀率和甲醇渗透率；为了更进一步提高膜电导率,添加蒙脱土抑制溶胀,降低了PVA添加量。研究结果表明,添加20%PVA和1%MMT制备的SPEEK/PVA/MMT复合质子交换膜在保证低溶胀率的前提下,质子传导率高达0.185S·cm-1(80℃),比具有相同溶胀率的SPEEK (DS51%)膜提高131%,和Nafion115膜(0.186S.cm-1)相当,甲醇渗透率为1.50×10-7cm2.s-1,相当于Nafion115膜的十五分之一。