钴基层状混合氢氧化物超级电容器电极材料的合成与性能

本课题以获得高性能超级电容器材料为目的，对各种钴基层状混合氢氧化物材料进行设计与合成，通过表面活性剂的软模板作用与反应条件的合理选择，在方法上形成特色。充分考察反应条件（温度、组分、浓度及沉淀生成速率）对产物结构、晶型以及插入阴离子种类及多寡的影响。利用各种分析方法对合成材料的组成、晶体结构、形貌进行表征，尤其对层间插入阴离子种类与含量进行定量分析，对掺杂阳离子的含量以及它在本体晶格中所处的状态进行测定和推测，同时对材料中的水含量进行氢键吸附和非氢键吸附方面的区别。综合测定目标材料的电容性能，并对实验数据进行必要的数值计算。寻求解决钴基层状混合氢氧化物的相稳定性及层间距的调控方法。从热力学和动力学的角度对过程进行静态和动态分析，揭示结构与性能、组成与性能、组分间相互作用力与性能以及尺寸和形貌与性能之间的关系，阐明项目涉及的相态和电化性能方面存在的一些变化规律的科学本义。

为了在不损失超级电容器高功率密度和循环稳定性的前提下提高其能量密度，课题计划以提升现有材料电容性能以及寻求新型电极材料为研究目的，开展了相关材料的设计合成、结构表征以及性能测试等方面的工作，特别是在石墨烯复合材料方面开展了富含创新的研究，发现氧化物与石墨烯之间的配比是影响复合物电化学性能的关键因素，在合理的配比下，复合物中的石墨烯呈现良好的分散行为，从而提高复合物的比表面并改善其导电性能，使得氧化物的赝电容得以充分释放。此外，从钴镍复合氢氧化物开始，建立了一种层层自组装的方法，构筑了性能良好的钴酸镍/石墨烯复合物，得到了一种性能十分优良的电容器电极材料。围绕项目研究，在国内外学术期刊（J. Phys. Chem. C, J. Mater. Chem., ACS Appl. Mater. Interfaces, Electrochimica Acta, Materials Chemistry and Physics, 科学通报，化学学报，物理化学学报等）上共发表研究论文23篇，申请专利3项。其中，标注国家自然科学基金项目资助的SCI论文14篇，有3篇论文分别位列相应杂志的热点论文（Top Articles）。其中，1篇论文位列“The Journal of Physical Chemistry C”2011年第一季度热点论文第5名(Top 5 most-read articles from the first 3 months of 2011)；另2篇论文在列“Materials Chemistry and Physics” 2012年25篇热点论文（Top 25 Hottest Articles）。此外，在项目执行期间，共培养了12名硕士研究生和1名博士研究生。