【摘 要】
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超级电容器具有卓越的功率性能,能在短时间内快速充放电,兼具长使用寿命、低维护成本和出色的循环稳定性,这些显著的电化学优势使其在能源器件应用领域大放异彩。器件的电化学性能受电极材料直接影响,镍钴基电极材料具有良好的导电性和氧化还原能力,来源广泛、生产成本低、环境友好等特性提升了其研究价值。其中,镍钴基硫化物、碱式碳酸盐（水滑石）成为当下的研究热点,但由于在充放电过程中的形态破坏易导致较差的循环稳定性
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超级电容器具有卓越的功率性能,能在短时间内快速充放电,兼具长使用寿命、低维护成本和出色的循环稳定性,这些显著的电化学优势使其在能源器件应用领域大放异彩。器件的电化学性能受电极材料直接影响,镍钴基电极材料具有良好的导电性和氧化还原能力,来源广泛、生产成本低、环境友好等特性提升了其研究价值。其中,镍钴基硫化物、碱式碳酸盐（水滑石）成为当下的研究热点,但由于在充放电过程中的形态破坏易导致较差的循环稳定性,且动力学行为缓慢,限制了商业化应用。针对这一问题,以单组分镍钴基材料为基础,本工作通过理论计算预测材料特性、开发新工艺路线以及异质结构设计等途径,合成新型多层级结构电极材料,有效改善传统电极材料的结构和电化学性能弊端,实现器件性能的协同提升。具体内容如下:（1）设计并制备了自支撑Ni Co2S4纳米线电极材料。纳米线电极优良的电化学性能是完全硫化反应和双金属间协同调控共同起作用的结果:完全硫化的Ni Co2S4纳米线纯度高,几乎不含杂质,单位体积下的活性物质含量高,金属离子间的调控作用有效提高了氧化还原活性以及循环稳定性。初始比电容高达1316.0 F g-1,1000圈循环测试比电容仅下降8.7%。（2）基于密度泛函理论,建立了不同硫化程度、单双金属结构的五种电极材料的晶体模型,并通过分析电极材料的能带结构与态密度,研究了电极材料的导电性。完全硫化的Ni Co2S4纳米线电极拥有最为发散的能带结构和最为平缓的态密度分布,该材料电子的非局域性质很强,电子有效质量小,即电子迁移能力强,表明该材料拥有最强的导电性,与实验结果相匹配,从理论上验证了完全硫化的Ni Co2S4纳米线电极的电化学性能,为后续电极材料制备提供了基底物质。（3）利用微撞击流反应器制备了Ni Co-LDHs纳米片粉末电极材料,并通过结构设计,将纳米片负载到自支撑Ni Co2S4纳米线上得到了自支撑Ni Co2S4@Ni Co-LDHs柳条状核壳结构电极材料。通过特殊结构设计制备的电极改善了自支撑Ni Co2S4纳米线电极的低比电容,也提高了Ni Co-LDHs纳米片电极的倍率性能和循环性能,两种异质材料的协同效应极大提高了复合电极的电容性,比电容为1927.0 F g-1,较单一组分Ni Co2S4/NF电极和Ni Co-LDHs电极分别有46.6%和33.8%的提升,循环1000圈和2000圈后的电容保持率分别为97.6%和82.3%,预示着良好的循环稳定性。组装的混合超级电容器器件,工作电压窗口能够拓宽到1.8 V且不发生明显极化。该器件拥有良好的功率和能量密度协同效应(P=600.6 W kg-1,E=87.5 Wh kg-1;P=12013.3 W kg-1,E=60.4 Wh kg-1)。（4）通过对流微通道反应器以简单的共沉淀形式,在Ni Co2S4纳米线上成功负载Mn O2纳米片,形成了一种三维Ni Co2S4@Mn O2蜂窝结构电极材料。Mn O2的加入有效拓宽了电极的工作电位窗口,提升了循环稳定性。组装的HSC器件表现出了超长的使用寿命,在5 A g-1条件下,5000圈测试仅有3.2%的电容衰减。（5）搭建了盘管式微反应器,结合水热操作,在水相环境中可控连续合成了Cd Se量子点,采用同样的微流控制备方案,将Cd Se量子点成功负载到Ni Co-LDHs纳米片表层。在最优条件下,量子点溶液的浓度为0.312 mmol L-1,此时Cd Se量子点直径约为1.92 nm。相比于传统的间歇式反应釜制备方案,水溶性Cd Se量子点的微反应制备解决了产品质量低、重复性差及产量低的传统问题,在水相中合成量子点也大大减小了有机试剂对环境和人体的危害。合成的Ni Co-LDHs@Cd Se复合材料电极608.4 F g-1的比电容较低,但循环性能（93.8%,2000圈）和倍率性能优异(81.2%,10 A g-1),为新型电极材料的开发提供了思路。
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