纳米层组装制备层状纳米功能材料及其超电容性能研究

应用水解剂与络合剂并存条件下的水热处理和局部化学氧化反应手段，制备Ni、Fe、Co、Mn为主组成元素的高结晶性大尺寸层状化合物，研究此类化合物的生长机理，开发高结晶性大尺寸无机层状化合物制备新技术；通过选择剥离手段，溶剂体系和纳米层分散液处理方式，开发获得大尺寸无机纳米层剥离新技术；采用纳米层组装技术和絮凝技术，研究不同电性无机纳米层或同电性无机纳米层组装制备层状纳米功能材料的基本规律和影响因素，开发纳米层组装高容量超级电容器用电极材料制备新技术；研究制备电极材料的电化学反应机理，探讨制备技术对材料电化学性能影响规律，揭示纳米级电极材料电荷储存的本质，期待制备的纳米电极材料能同时发挥电荷存储和赝电容双重协同效应，解决现有超级电容器电极材料存在的比容量和比功率密度低等突出问题，实现超级电容器电极材料设计和制备技术的进步。本研究将促进无机材料化学、储能材料及物理无机化学等领域的进步。

本课题以大尺寸高结晶性不同电性无机层状化合物的制备/剥离新技术、温和条件下纳米层组装制备层状纳米功能材料新技术及层状纳米功能材料作为超级电容器电极材料的应用开发为目的，进行了不同电性无机层状化合物的制备条件/剥离规律性、纳米层组装制备层状纳米功能材料的组装规律性及制备材料在超级电容器电极材料上的应用研究。课题进行了四个方面的主要工作：一是高结晶性规则形貌金属水合氢氧化物制备及剥离新技术开发研究，二是剥离/组装技术制备功能性层状纳米结构材料及其超电容性能研究，三是大比表面积多孔金属氧化物复合材料的制备及其超电容性能研究，四是特征形貌金属氧化物电极材料的结构控制制备及其超电容性能研究。.课题的主要创新性成果：（1）开发了高结晶性规则形貌金属水合氢氧化物制备和剥离新技术，为纳米层组装反应制备功能性纳米层状材料提供了理想的正电性纳米层组装单元；（2）开发了剥离/组装反应制备层状纳米功能材料新技术，实现了温和条件下层状纳米功能材料的简单、节能和可控制备；（3）发现了金属氧化物纳米层（MnO2、RuO2）与石墨烯纳米层组装所得材料的超电容协同效应，纳米层组装技术能够增加制备材料比表面积和提高其电化学性能，研究使超级电容器电极材料的薄膜化和厚度可控组装成为可能；（4）通过向纳米层组装体系中引入金属粒子或聚合物分子，可以达到有效阻止纳米层重组和大幅度改善制备材料的电容性能；（5）开发了微米级金属氧化物材料可控制备新途径，成功制备了系列不同形貌和微纳米尺寸金属氧化物材料；（6）开发了兼具双电层电容和氧化还原电容二种电荷贮存机制的大比表面积和高法拉第反应速率超级电容器电极材料，为解决超级电容器的大功率密度和高能量密度难题提供了新的思路，实现了超级电容器电极材料设计思想进步。.课题关联研究成果先后在储能材料领域SCI源期刊发表系列原创性学术论文22篇，其中SCI一区论文7篇（Carbon、Journal of Power Sources等），SCI二区期刊论文8篇。申请并公开中国发明专利3件，其中取得授权1件。关联成果获得陕西省科学技术进步三等奖1项。课题组成员共参加国内外学术交流会13次，其中国际会议1次，做大会邀请报告1次。毕业博士研究生2名，硕士研究生11名。