保護環(huán)境，開發(fā)環(huán)保型能源，對人類和社會具有重要意義。質(zhì)子交換膜燃料電池由于其能量轉(zhuǎn)化率高，可實現(xiàn)零排放，近年來引起了電池領(lǐng)域研究者們的興趣。氧化石墨烯（GO）由于存在活性氧官能團，可以和離子型聚合物進行復合以制備復合質(zhì)子交換膜。氧化石墨烯類的復合質(zhì)子交換膜應用于燃料電池時可以提高膜在高溫低濕度條件下的質(zhì)子傳導率，降低甲醇滲透率，提高電池的功率密度。本文首先介紹了氧化石墨烯的制備方法，然后從不同的離子型聚合物基質(zhì)復合質(zhì)子交換膜的類別出發(fā)，詳細介紹了氧化石墨烯在Nafion、聚醚醚酮、聚苯并咪唑和殼聚糖等不同種類的離子型聚合物中的應用現(xiàn)狀及作用機理，同時對其在質(zhì)子交換膜的應用方面存在的問題及應用前景做了評論和展望。

在當今社會，全球主要的能源需求主要來源于天然氣、煤和石油等化石能源，然而由于人們毫無限制的使用這些能源，這些能源正面臨枯竭，而且，由于這些能源會釋放有毒的化學物質(zhì)，造成的環(huán)境污染問題日益嚴峻。為了解決能源危機和環(huán)境污染問題，人們研究開發(fā)了燃料電池。燃料電池是一種利用氧氣和其他物質(zhì)反應使化學能轉(zhuǎn)換為電能的裝置。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）作為一種清潔能源已經(jīng)被人們研發(fā)出來，這種電池主要應用于汽車和一些便攜式電力裝置。

質(zhì)子交換膜（PEMs）是燃料電池的主要部件，它分離了陰極和陽極；為質(zhì)子傳輸提供了通道。對比于普通燃料電池的電解質(zhì)而言，質(zhì)子交換膜的主要優(yōu)點是高的質(zhì)子傳導率、質(zhì)量較輕、柔韌性較、較高的熱穩(wěn)定性和力學性能?，F(xiàn)階段研究最為廣泛的質(zhì)子交換膜為Nafion膜，結(jié)構(gòu)如圖1所示。Nafion膜具有很多有優(yōu)點，如化學穩(wěn)定性和機械強度較好；質(zhì)子傳導率較高。然而，Nafion膜對水的滲透率較高，在高溫低濕度條件下的質(zhì)子傳導率較低?，F(xiàn)如今二維單層石墨烯的發(fā)現(xiàn)給研究者們提供了新的思路。石墨烯是一種很重要的材料，它的比表面積可達到2630m2/g，電導率可達到104.63S/cm，抗折強度可達到44.28MPa，具有很強的化學穩(wěn)定性能和良好的氣體阻隔性能。氧化石墨烯是石墨烯的一種衍生物，這種衍生物的C與O的比例為2∶1，氧化石墨烯中的含氧基團有環(huán)氧基、羥基、羰基和羧基，這些含氧基團使氧化石墨烯成為一種絕緣親水性材料。此外，氧化石墨烯還具有石墨烯的特征，如機械強度、比表面積、不透氣性?？傊?，不透氣性、親水性和高的質(zhì)子傳導率使氧化石墨烯成為一種很好的質(zhì)子交換膜材料。此外，氧化石墨烯的晶格層間距大于0.625nm，比石墨烯的晶格層間距(0.335nm)要大很多。本文作者主要綜述了氧化石墨烯在燃料電池質(zhì)子交換膜中的應用以及對質(zhì)子交換膜的影響，最后對氧化石墨烯在質(zhì)子交換膜中的應用進行了展望。

結(jié)論與展望

氧化石墨烯（GO）作為一種新型的燃料電池質(zhì)子交換膜的復合材料，具有大的表面積，可以提高質(zhì)子交換膜的保水性能，因而可以保證膜在高溫低濕度條件下的質(zhì)子傳導率。磺化的氧化石墨烯中的磺酸基團可以與聚合物基質(zhì)產(chǎn)生相互作用，在膜中形成了親水相-疏水相的相分離結(jié)構(gòu)，從而可以形成了質(zhì)子傳輸通道，有利于提高復合膜的質(zhì)子傳導率。此外，氧化石墨烯加入離子型聚合物中，應用于甲醇燃料電池（DMFCs）時，還可以提高膜的阻醇性能。當氧化石墨烯和離子型聚合物形成的復合膜在電池中進行測試時的數(shù)據(jù)較好。

然而，GO與離子型聚合物制備的復合膜具有一些缺點，例如，膜的耐久性和穩(wěn)定性能較差、GO和聚合物基質(zhì)之間的界面結(jié)合力較弱，從而不利于其應用于離子型復合質(zhì)子交換膜，這就需要通過共價鍵修飾對GO進行改性，以提高膜的穩(wěn)定性能或耐久性能和膜的表面形態(tài)。研究者可以利用GO易于共價功能化的優(yōu)勢，選擇合適的聚合物基質(zhì)進行復合以制備應用于質(zhì)子交換膜的復合膜。此外，對于氧化石墨烯/離子型聚合物復合質(zhì)子交換膜的研究更多的是在實驗室中，為了達到工業(yè)化的生產(chǎn)，實現(xiàn)其應用價值，科研工作者還需要進一步的努力。