超级电容器复合电极材料的设计合成及性能研究

本项目以高性能储能材料为导向，拟以多孔碳薄膜和纳米线阵列作为导电聚合物聚苯胺的载体，开发一种简单有效的方法直接在集电极上制备超级电容器复合电极材料。电极材料直接生长到集电极上，可以简化超级电容器电极制备步骤，并能有效降低电容器的内阻。复合材料的多孔碳支架能够均匀承受聚合物在充放电过程中的应力，保证了电极材料的循环稳定性；将导电聚合物自组装到多孔碳的孔道中，可以提高多孔碳的导电性，从而改善电极材料的循环稳定性和倍率特性。通过优化有序多孔碳薄膜和纳米线阵列的制备工艺、聚合物在多孔碳孔道中的自组装工艺，实现对复合材料的形貌、组成和结构的调控。研究所制备复合材料的充放电容量、充放电特性和循环稳定性；探索复合材料的形貌、组成和结构等因素对超级电容器性能的影响，为开发具有高比电容、高比功率、高比能量和高循环稳定性的超级电容器电极材料提供理论和实践指导。

本项目以介孔碳纳米线阵列为导电聚合物聚苯胺的载体，制备出了聚苯胺/介孔碳纳米线复合电极材料，通过优化有序多孔碳纳米线阵列的制备工艺、聚合物在多孔碳孔道中的自组装工艺，实现了对复合材料的形貌、组成和结构的调控。聚苯胺/介孔碳纳米线复合电极材料的介孔碳支架可以均匀承受聚合物在充放电过程中的应力，保证了电极材料的稳定性，而聚苯胺可以进一步提高复合材料的导电性，从而改善材料的循环稳定性和倍率特性。这一工作为开发具有高性能的超级电容器电极材料提供理论和实践指导。. 在本项目的资助下，我们还对无机功能材料的制备及性能开展卓有成效的研究。以晶态钛醇盐（TG）为前驱体，通过光驱动的固相转化途径，首次制得了碳掺杂的多孔C-TiO2，其表现出了较高的可见光催化活性；利用同样的光驱动方法，制备出了多级结构锐钛矿二氧化钛，所制备的二氧化钛表现出优良的储锂性能；我们通过金属Zn蒸汽与质子化的分子筛反应制备出了Zn+改性的Y型分子筛，可以在较温和的条件下（350度）将CO2分解成C和O2；通过简单溶剂热方法合成出了具有空心和实心球形结构的Pd/Fe3O4磁性纳米复合材料，其在常温常压催化加氢等反应中的较高催化性能。开发了一种钠热法，在较低温度下制备出了一种具有高比表面积的无定形多孔硅，这种多孔硅表现出很好的电化学电容行为。. 以上工作共发表SCI收录论文5篇，申请专利1项，培养博士生1名（在读）和硕士生2名（毕业1名）。