磺化聚砜/黑磷復合質子交換膜制備及性能研究

何泊遠，雷鶴翔，曹 寧，陳 曦，姚麗菲，賈偉藝*，連慧琴**，汪曉東，崔秀國

（1.北京石油化工學院新材料與化工學院，特種彈性體復合材料北京市重點實驗室，北京 102617；2.開灤煤化工研發中心，河北 唐山 063018；3.北京化工大學有機無機復合材料國家重點實驗室，北京 100029）

0 前言

質子交換膜燃料電池（PEMFC）是以有機質子交換膜為電解質的一類電化學發電器［1］，可以將氫、甲烷、甲醇等燃料的化學能轉換成電能，具有轉換效率高、比能量高、污染小、噪音小、燃料來源廣泛等特點，在新能源領域有廣闊的應用前景。質子交換膜是PEMFC 的核心部件之一，其主要功能包括為質子傳輸提供通道，分離氣體反應物，絕緣電子導通等。通常PEMFC 用質子交換膜需具備低濕度條件下高的質子傳導率、優異的抗氧化性、良好的力學性能與熱穩定性、氣體在膜內的低透過性等特點。然而目前廣泛使用的全氟磺酸型Nafion 質子交換膜存在高溫條件時，膜中的水含量導致質子電導率嚴重下降、化學穩定性變差的問題，影響高溫燃料電池的性能［2］。因此，新型高性能質子交換膜的開發和利用對PEMFC 的發展及解決能源危機和環境污染問題具有重要意義。

聚砜是一類在分子主鏈上含有砜基的芳香族聚合物，具有優良的力學性能、熱穩定性以及良好的加工性能，是高性能聚合物材料。當聚砜中引入磺酸基團制得的SPES 具有質子交換性能，可作為非氟質子交換膜，具有原料廣泛、結構可控、價格低廉的特點，是用于質子交換膜燃料電池的理想材料［3］。無機納米材料通常具有獨特的光電性及耐高溫性，納米材料增強的有機復合材料用于質子交換膜將提高膜的質子傳導能力、改善吸水后尺寸的穩定性和力學性能。同時有機/無機復合質子交換膜通過在聚合物基體、無機填料、水和質子之間建立合適的相互作用關系，以構建出合適的微觀結構，從而達到優秀的物理化學性質和質子傳導性能［4］。例如在膜的親水區加入親水無機填料可以使復合膜的甲醇滲透通道變得曲折，從而使得甲醇通過膜的擴散量大大減少。目前有將SPES 與SiO2［5］、ZrO2［6］、TiO2［6］、金屬有機框架（MOF）［7］、碳納米管（CNTs）［8］、氧化石墨烯（GO）［9］、MoS2［10-11］等納米材料的結合研究。其中，二維材料MoS2由于在Mo 和S 原子之間形成了六角形層狀結構，將其作為填料加入SPES 膜中可以提供更多的表面積和親水通道，從而促進質子的轉運。BP 具有類似于MoS2的二維層狀結構，這種特殊的結構能夠較大程度地阻隔燃料的透過，降低復合質子膜的甲醇滲透率。同時，由于復合膜表面的BP 容易氧化可形成氫鍵，形成更多的親水區，從而可以提高質子傳導的能力。本論文制備了SPES 及SPES/BP 復合材料，研究了BP 的摻入對復合膜熱穩定性能、力學穩定性能、吸水率、溶脹率、離子交換容量、質子傳導率、甲醇滲透率以及氧化穩定性等性能的影響，探討了BP 作為增強劑對SPES 質子交換膜性能的影響規律及阻醇機理。

1 實驗部分

1.1 主要原料

聚醚砜，分子量60 000，常州徳毅新材料科技有限公司；

黑磷，XF175，山東玥能新材料有限公司；

氯磺酸（CSA），分析純，北京化工廠；

N，N-二甲基乙酰胺，99.8 %，上海麥克林生化科技股份有限公司；

N，N-二甲基甲酰胺（DMF），99.5 %，上海麥克林生化科技股份有限公司；

N-甲基吡咯烷酮，99.0 %，上海麥克林生化科技股份有限公司。

1.2 主要設備及儀器

電熱鼓風干燥箱，101-1AB，天津市泰斯特儀器有限公司；

紅外光譜分析儀（FTIR），Nicolet 6700，賽默飛世爾科技（中國）有限公司；

萬能材料試驗機，CMT4104，美特斯工業系統（中國）有限公司；

熱重分析儀（TG），TGA-Q500，美國TA公司；

掃描電子顯微鏡（SEM），COXEM-20，COXEM（中國）有限公司；

X 射線粉末衍射儀（XRD），Aeris Research，荷蘭PANalytical公司；

電化學工作站，CHI660D，上海辰華儀器有限公司；

紫外可見分光光度計，T6 新世紀，北京普析通用儀器有限責任公司。

1.3 樣品的制備

SPES 制備：以CSA 為磺化劑，在PES、CSA 配比不同及不同反應時間和溫度條件下，制備了系列SPES，即樣品SPES1～10，如表1所示；以SPES1 為例，典型反應過程為，稱取3 g干燥的聚醚砜溶于15 mL濃硫酸中，攪拌形成均相溶液后，緩慢滴加7.5 mL 的CSA 于0 ℃反應10 h，待反應完成，將產物于冰水中沉出，反復水洗至中性于80 ℃，真空烘箱中干燥24 h，標號SPES1；將SPES制成標準膜樣品，測試性能；

表1 SPES樣品的反應條件Tab.1 Reaction conditions of the SPES samples

BP 粉末制備：采用球磨的方法制備BP 粉末，在惰性氣體為氬氣的手套箱中，將BP 晶體放入球磨罐中，密封好球磨罐；將經氬氣保護的球磨罐放入行星球式磨機中，速度為400 r/min，球磨20 h制得BP；

SPES 膜制備：將一定量的SPES 溶于DMF 中，攪拌均勻，配制成30 %制膜液澆鑄在潔凈的玻璃板上成膜，在80 ℃下干燥10 h，膜厚約在100～120 μm；

SPES/BP 復合膜制備：將一定量的BP 分散于DMF 中超聲24 h得BP 分散液，將一定量干燥的SPES溶解于DMF 中得溶液，將以上2 種溶液混合加熱攪拌2 h 后倒在玻璃板上，靜置消氣泡4 h，60 ℃干燥8 h，得SPES/BP 系列復合膜；復合膜中BP 的質量分數分別為0.5 %、0.75 %、1 %、3 %、5 %，標號為0.5 %SPES/BP，0.75 % SPES/BP，1 % SPES/BP，3 %SPES/BP，5 % SPES/BP。

1.4 性能測試與結構表征

紅外分析：測試范圍400～4 000 cm-1，掃描次數為128次，分辨率為4 cm-1；

熱重分析：采用TG對樣品進行分析測試，實驗溫度0～600 ℃，升溫速率10 ℃/min，氮氣流速10 mL/min；

離子交換量測定：離子交換容量（IEC）可以從磺化度計算出來，磺化度是通過滴定法確定的；膜在90 ℃的烘箱中干燥過夜，然后浸泡在1 M 的NaCl 溶液中，將H+交換為Na+；然后以酚酞為指示劑，用0.001 M 的NaOH 溶液滴定該溶液測定釋放的H+的量；IEC（X，mmol/g）按式（1）、式（2）（其中，232是PES 重復單元的分子量，81是—SO3H的分子量）計算：

式中MNaOH——標準NaOH溶液的濃度，mol/L

VNaOH——用于中和的NaOH溶液體積，mL

W——樣品質量，g

NDS——磺化度，%

吸水率測定：將膜在80 ℃的真空干燥箱中干燥12 h后稱其質量（Wdry，g），然后將膜浸泡在25 ℃的去離子水中24 h 后，吸干膜表面的水，稱其濕膜的質量（Wwet，g），吸水率（Y，%）通過式（3）計算：

接觸角測試：使用接觸角測量系統進行測試，將膜樣品固定在載玻片上并干燥后，在室溫下從帶有不銹鋼針頭的微量注射器中滴入5 μL 水在膜表面；膜樣品的接觸角被確定為在不同位置滴入的至少3 個測量值的平均值；

通過西南石油大學鉆頭研究室自主研發的“PDC鉆頭數字實驗室”仿真軟件，進行PDC鉆頭動態破巖過程仿真。把鉆進過程分成若干個時間間隔相等的時間段，仿真每步進一次，鉆頭轉動一個步進角，計算對比與井底巖石接觸的PDC齒的節點與井底巖石相應節點位置，更新井底巖石位置數據，刷新井底巖石形貌，完成同一時刻與井底接觸的PDC齒的相關計算，最終輸出切削齒的切削面積、切削體積、切削力和鉆頭的切削力學性能參數[11-12]。

質子電導率測試：采用交流阻抗技術來測定膜的電阻，質子電導率通過式（4）計算得到，具體操作為，質子交換膜裁成1 cm×3 cm 的樣條，每張膜取3 樣條，測量干樣條的長、寬和厚，其中每個樣條的寬度與厚度分別選擇不同的3位置測量；將樣條放入0.5 M 硫酸溶液中進行浸泡活化6 h，使其充分吸水并完全去除多余離子，測試前將浸泡在硫酸溶液中的樣條表面用去離子水進行沖洗置于30的水浴鍋中至少1 h，測試時將樣條夾在特制的聚四氟乙烯模具的小孔處，保持樣條邊緣與模具邊緣平行，且樣條兩端完全搭在銅電極上；本實驗采用電化學工作站測量膜的阻抗，頻率范圍設為80～2×106Hz，振幅設為0.01 V；將浸泡環境升溫至40 ℃，重復上述步驟，后溫度間隔10 ℃重復測量至70 ℃，得到不同溫度下的電阻值；質子電導率（σ，S/m）可以由式（4）計算得出：

其中，l是2 片鉑電極的間距，為3 cm；R是膜樣條的電阻（Ω）；A是膜樣條的橫截面積，為0.015 cm2；

甲醇滲透率測試：采用電化學工作站的循環伏安技術對膜的甲醇滲透性進行了研究［12-13］，如圖1所示，A、B 是2個玻璃擴散池，將樣品薄膜置于2個池子的連接處，有效面積為4.9 cm2；測試時，A 池裝有45 mL 的甲醇和0.5 M 硫酸混合溶液，B 池裝有45 mL 的0.5 M硫酸溶液；其中，B 池中設有2 個鉑工作電極和參比電極Hg/HgSO4；

圖1 甲醇滲透測試裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of methanol penetration test device

循環伏安的電位參數設置在-0.5～0.6 V 點位之間進行，每隔6 h 對B 池中甲醇的濃度進行記錄，甲醇滲透率（PCH3OH，cm2/s）可由式（5）計算得出：

式中CA——A池甲醇濃度，mol/L

CB——B池中甲醇濃度，mol/L

VB——B池溶液的體積，L

A——膜的有效滲透面積，為4.9 cm2

t——滲透時間，h

其中，A 池原始甲醇濃度為5 M，B 池的甲醇濃度為某一時刻滲透側甲醇的濃度，可通過標準甲醇濃度與循環伏安氧化峰的電流值的關系計算出。

2 結果與討論

2.1 SPES結構和性能

2.1.1 SPES的紅外分析

PES 及SPES 的FTIR 譜圖如圖2所示。由PES譜線可以看出，波數為800～860 cm-1的吸收峰為二對稱取代苯環相鄰H的伸縮振動峰，在1 575～1 484 cm-1左右處出現的強的吸收峰歸屬為苯環的骨架伸縮振動峰，在波數為1 145 cm-1和處為砜基對稱伸縮振動峰，在1 234 cm-1處出現的吸收峰分別歸屬為砜基不對稱伸縮振動峰，1 240 cm-1處為苯醚基的反對稱吸收振動。由SPES 的紅外譜線可以看出，與PES 相近，在1 575～1 484 cm-1左右處出現的強的苯環的骨架伸縮振動峰，在波數為1 160～1 358 cm-1處為芳砜基伸縮振動吸收峰，同時在1 028 cm-1左右處出現1 個磺酸基團（—SO3H）的O=S=O 對稱伸縮振動的吸收峰。FTIR 譜圖結果表明經過磺化反應后聚醚砜接上了一定量的磺酸基團。

圖2 PES和SPES的FTIR譜圖Fig.2 FTIR spectra of PES and SPES

2.1.2 SPES結構與性能的影響因素

反應溫度對聚醚砜磺化的影響如表2所示。可以看出，SPES 的磺化度隨著溫度的升高而增大，其磺化度由SPES1 的0 ℃時的10.5 %提高至SPES4 的30 ℃時的37.3 %，提高達3.6 倍。同時發現，磺化反應在20 ℃時，其磺化度低于10 ℃時的值，這可能是由于聚醚砜分子的結構單元在20 ℃左右時被濃硫酸“鈍化”而不與CSA 反應［14］。同時可以看到，所制備的SPES 的IEC 值由溫度為0 ℃時的0.44 mmol/g 提高到30 ℃時的1.42 mmol/g。因此，通過控制反應溫度可以有效地調控聚合物的IEC值。

表2 反應溫度對SPES磺化度和IEC的影響Tab.2 Effect of reaction temperature on degree of sulfonation and IEC of SPES

反應時間對聚醚砜磺化的影響如表3所示。可以看出產物SPES的磺化度隨反應時間的增加而增加，由樣品SPES5～SPES8可以看出，磺化度由反應7 h時的14.01 %增加到10 h 時的41.22 %，增加達2.9 倍，同時可以看到SPES 的IEC 值由0.58 mmol/g 增至1.55 mmol/g。因此，通過反應時間可以有效調控SPES 的IEC 值。CSA 用量對SPES 磺化的影響如表4所示。可以看出SPES 的磺化度隨CSA 用量的增加而增加，其磺化度值由PES、CSA 配比為1/2 g/mL 時的14.14 增加到1/3 g/mL 時的41.22，磺化度值增大達2.9 倍。同時可以看到相應的IEC 值也隨之增加，由0.58 mmol/g 增大到1.55 mmol/g。因此，通過調控聚合物與磺化劑的比例可以對聚合物IEC 值的進行調整。同時可以看到，磺化實驗適合在10 ℃等較低溫度下進行反應。

表3 反應時間對SPES磺化度和IEC的影響Tab.3 Effect of reaction time on degree of sulfonation and IEC of SPES

表4 CSA用量對SPES磺化度和IEC的影響Tab.4 Effect of CSA dosage on degree of sulfonation and IEC of SPES

2.1.3 SPES的物理性能

吸水率取決于SPES 的磺化程度，因此磺化度越高，吸水率越大。表5 是不同磺化度的SPES 膜的吸水率。從表5 中可以看出，當磺化度較低時，SPES 膜幾乎沒有吸水能力，但當磺化度達到一定程度時，吸水率明顯增大。SPES 的分子結構是由疏水骨架和親水磺酸基團組成，SPES 膜的吸水性主要取決于親水離子基團。由于磺化度的增加，膜內可吸收水分子的磺酸基團數目增加，使得膜的水吸附能力增加。同時，隨著磺酸基團數目的增加，親水性離子基團在靜電引力和主鏈伸縮力的平衡作用下逐漸締合而形成親水區，形成“相中有相”的現象。當磺化度進一步增加，SPES 膜親水性能進一步增強，相鄰的離子性親水微區增多與增大，變得連續并形成有利于質子在SPES膜中傳遞的大通道。當磺化度足夠高時，SPES 膜完全溶于水，因為吸收的水促進了相分離。

表5 不同磺化度SPES的水吸附能力和接觸角Tab.5 Water adsorption capacity and contact angle of SPES with different degree of sulfonation

2.2 SPES/BP復合膜結構及性質

2.2.1 SPES/BP復合膜的微觀形貌

圖3（a）為5 % SPES/BP 復合膜的截面SEM 照片，可以看出BP能夠均勻地分散在SPES基質中，并且BP 與基質緊密結合，體現出BP 填料與聚合物基質有良好的相容性，沒有形成裂縫和缺陷［15］。從圖3（b）EDS 能譜圖可以看出P 元素，說明聚合物未完全包覆BP，斷面可以清楚檢測到磷元素的存在。同時可以看出，P和S元素強度較高。由圖3（c）為各元素分布圖可以看出P 元素的存在，且其P 元素分布比較均勻，證明BP與SPES基膜之間的相互作用，在基質中均勻分散。BP 與SPES 間相互作用的產生可能是由于BP 表面有部分氧化生成P—O 鍵，而含氧基團的引入與SPES 基質中磺酸基團能夠形成分子間氫鍵，從而增強界面結合性，使BP均勻地分散在SPES基質中，并有良好的相容性。

2.2.2 SPES/BP復合膜的X射線衍射分析

圖4 為BP、SPES 和5 % SPES/BP 復合膜的XRD譜圖。其中，BP 在17.9°、35.2°和53.3°出現了尖銳的衍射峰，分別與晶面（020）、（021）和（060）相對應；SPES 基膜在19.1°出現衍射尖峰，對應晶面（002）。將5 % SPES/BP 復合膜與基膜相比，5 % SPES/BP 復合膜并沒有BP的特征衍射峰，可能是因為BP與SPES基膜復合得比較好，這與上述SEM 能譜圖和能譜面掃圖結果一致，因此可以進一步說明BP 在SPES 基膜中摻混較為均勻、分散性較好。同時，2θ角向稍小的位置偏移，這可能是由于BP 與SPES 中磺酸基團之間的相互作用導致聚合物主鏈結晶受阻。

2.2.3 SPES/BP復合膜的熱性能

SPES/BP 復合膜的熱性能測試結果見圖5。由BP、SPES 和5% SPES/BP 復合膜的TG 曲線可以看出，SPES 基膜和5 % SPES/BP 復合膜都表現出3 個熱分解的階段，如熱脫水、支鏈熱分解、主鏈熱分解［16-17］。BP 在400 ℃以上開始分解，說明其穩定性很高，因此BP 作為填料填入SPES 膜中提高了基膜的熱穩定性，其中SPES 基膜和5 % SPES/BP 復合膜在200 ℃之前排出表面的自由水和結合水，磺酸基團在200～300 ℃之間分解，這種現象被稱為膜的脫磺化現象，300～600 ℃之間為主鏈和BP 的分解。與SPES 基膜相比，SPES/BP 復合膜在TGA 的轉變溫度方面也顯示出相似的曲線，但是能夠承受更高的脫磺化和聚合物主鏈降解溫度，且5 % SPES/BP 復合膜相對較高的熱穩定性主要歸因于SPES基膜與BP填料之間的相互作用，這影響了聚合物鏈遷移率［18］。

圖5 BP、SPES基膜和5 % SPES/BP復合膜的TG曲線Fig.5 TG curves of BP，SPES and 5 % SPES/BP composite membrane

2.2.4 膜的IEC、吸水率、溶脹率和接觸角

圖6（a）、（b）分別表示SPES/BP 系列復合膜吸水率和溶脹率的溫度依賴性，從圖中可以看出隨著溫度的升高，吸水率和溶脹性同趨勢增大。在30 ℃時，SPES 基膜的吸水率為2.41 %，溶脹率為2.91 %；在70 ℃時，該膜吸水率為8.33 %，溶脹率為7.52 %，低于SPES/BP 系列復合膜的吸水率和溶脹率，這可能是由于BP 和SPES 基體界面之間的相互作用，表面的未被包裹的BP 容易氧化，表層氧化的BP 與SPES 基體之間有氫鍵存在，因而增強了膜的吸水率和溶脹率，降低了膜的尺寸穩定性［19］。從圖6（d）不同BP 濃度的SPES/BP 復合膜接觸角也可以直觀看出接觸角與吸水率和溶脹率相似的特征趨勢，吸水率的增大有利于通過載體跳躍的機制和Grotthuss 機制進行質子運輸。同時，吸水率和溶脹率一般與IEC 有直接相關，而IEC 提供了有關質子交換膜電荷密度的信息，這與它的質子電導性和傳輸特性密切相關［20-22］。圖6（c）為在30 ℃條件下SPES/BP 系列復合膜的吸水率、溶脹率和IEC，可以看出SPES 基膜的IEC 為0.92 mmol/g，并且IEC 值隨著BP 濃度的增大而升高。這可能是由于SPES 中的磺酸基團和BP 中的羥基之間形成了有利于IEC 的氫鍵［11］。并且隨著IEC 的增大，親水區會擴大，可以吸收更多的水，使得膜的溶脹率增大、尺寸穩定性變差，這也正是IEC 和尺寸穩定性間的矛盾，高的IEC 值和尺寸穩定性不可同時兼得。因此，通過加入BP 對膜進行復合，在保證IEC 值的同時，提高膜的尺寸穩定性，在30 ℃的條件下，5 %SPES/BP 復合膜的IEC 為1.46 mmol/g，吸水率為4.96 %、溶脹率為5.21 %。

圖6 樣品在不同溫度下的吸水率、溶脹率及接觸角Fig.6 Water absorption rate，swelling rate and contact angle of the samples at different temperature

2.2.5 SPES/BP復合膜的甲醇滲透率

使用循環伏安法實驗分析SPES 基膜和SPES/BP系列復合膜的甲醇滲透性，如圖7（a）～（e）所示，測定了以1、6、6、11 h為時間間隔水側的甲醇濃度。如圖7（f）所示，在24 h時，SPES基膜的陽極峰值電流為17.2 mA，相比之下，5 % SPES/BP 復合膜的陽極峰值電流為4.2 mA，這些結果表明通過添加二維納米填料BP 增加基質膜中的曲折程度有效地阻止了甲醇的流動，同時由于大量連接的離子團簇結構域的存在而提高膜的質子電導率［23］。同時，BP 與SPES 之間的界面相互作用也抑制了甲醇的滲透。

圖7 樣品的循環伏安曲線Fig.7 Cyclic voltammetry curve of the samples

圖8 為不同測試時間下SPES 基膜和SPES/BP 系列復合膜的甲醇滲透率，其中未摻混BP 的SPES 基膜在測試時間為24 h時，甲醇滲透率為1.185×10-6cm2/s，而在相同測試條件下，5 % SPES/BP 復合膜的甲醇滲透率綜合最低，甲醇滲透率僅為2.88×10-7cm2/s，SPES 基膜和SPES/BP 系列復合膜甲醇滲透率都遠低于Nafion 212 的甲醇滲透率（5.5×10-6cm2/s）。這種甲醇滲透率的下降可以根據它們的微觀結構來解釋，與Nafion膜相比，SPES 基膜的微觀結構具有較小的疏水性、親水性差異，即主鏈的疏水性較弱，接枝的磺酸基團酸性較弱、親水性較弱。因此，親水區和疏水區的分離不那么明顯，產生了狹窄的離子通道，導致甲醇滲透率低于Nafion 212［24-26］，而SPES/BP 系列復合膜的甲醇滲透率相較于SPES 基膜和Nafion 膜更低可能是由于BP 片層材料的填入使得親水通道變得狹窄而曲折從而得到了進一步的抑制。

圖8 SPES和SPES/BP系列復合質子交換膜不同時間的甲醇滲透率Fig.8 Methanol permeability of SPES and SPES/BP series composite proton exchange membranes at different time

2.2.6 SPES/BP復合膜的氧化穩定性測試

質子交換膜在燃料電池中起到了傳輸質子、隔絕陰陽極燃料交叉的作用。陽極燃料為氧氣，具有強氧化的特點，且PEMFC 經常在高于室溫的條件下工作。因此，質子交換膜需要有較強的抗氧化性、抗酸性和耐高溫性。本實驗將SPES基膜和SPES/BP系列復合膜放置在80 ℃的烘箱中，浸泡在Fenton 試劑里進行氧化穩定性測試實驗，測試結果如圖9所示，1種SPES 基膜和5 種不同BP 濃度的SPES/BP 系列復合膜于80 ℃浸泡在Fenton試劑的環境下放置5 h后，質量損失率均不超過1.2 %，其中5 % SPES/BP 復合膜在測試時間為1 h 時，質量損失率僅為0.36 %，5 h 后質量損失率為0.99 %，比SPES基膜（1.12 %）少損失13 %，這可能是由于納米填料BP的加入提高了復合膜的氧化穩定性。

圖9 SPES基膜和SPES/BP系列復合質子交換膜的氧化穩定性Fig.9 Oxidative stability of SPES base membrane and SPES/BP series composite proton exchange membranes

3 結論

（1）SPES 的磺化度受溫度、時間和CSA 用量的影響，當它們增加時，磺化度都隨之增大；同時，在性能測試方面，隨著SPES 的磺化度增加，磺酸基團的增多形成了親水區，連成大通道，吸水性能隨之增加；

（2）SPES 磺化度影響材料的物理性能，當磺化度從10.50 %增大到29.47 %時，吸水率從3.86 %增大到22.51 %，接觸角則從75.9°減小到52.4 °；

（3）BP 的添加增強了材料的性能，在70 ℃的條件下，5 % SPES/BP 的吸水率和溶脹率分別為10 %和9.87 %，是同溫度條件下SPES 基膜的吸水率和溶脹率的1.2倍和1.3倍；質子電導率最高可達到0.091 S/cm；5 % SPES/BP 復合膜的拉伸強度為64.13 MPa，是SPES 基膜拉伸強度的1.16 倍，甲醇滲透率僅為2.88×10-7cm2/s。