镍基硫化物,氧化物和氢氧化物为常见的过渡金属化合物,具有很高的电化学活性。在储能方面,镍基化合物作为电活性物质在电极表面及其近表面进行快速的氧化还原反应可以产生赝电容,是很好的法拉第赝电容器电极材料。赝电容器的能量存储效率要远远大于双电层电容器,这对于填补电池和传统电容器之间的能量空白是非常重要的。但是,单纯的氧化镍、氢氧化镍和硫化镍等镍基化合物无论是在材料的形貌、结构,还是导电性以及电化学性能方面都很难达到令人满意的程度,其较宽的禁带宽度严重限制了电子载流子的数量及利用效率。而以这些镍基化合物为基质组合而成的复合材料则可以利用各元材料的本征特征形成优势互补,从而达到克服上述缺点的目的。另外,各元材料在参与电化学反应的过程中往往伴随着协同作用的发生,这无论是对于器件的能量存储还是转化都有着很大的促进作用。本论文主要针对镍基复合材料的合成及其在超级电容器电极材料方面的应用进行了研究,通过优化实验方案避免材料团聚,调控材料形貌和孔隙率,改善材料的导电性以合成均匀分散的纳米/微米尺寸电极材料,从而获得大的比电容及倍率性能、长的使用寿命和高的功率密度。研究工作主要集中在以下几个方面:1.采用改进界面法及后续的硫化工作制备了镍-锌二元体系化合物材料(Ni1-x Znx OH和NixZn1-x S),探寻避免纳米材料团聚的方法,并对所制得的材料进行了物相、形貌和电化学性能表征。在这里,我们使用低密度,与水互溶性良好的DMF(二甲基甲酰胺)溶剂取代了传统界面方法中所使用的非水溶性有机溶剂,如CCl4和CH2Cl2等。通过这样的改进之后,原本应用范围狭小的界面法将具备更加广泛的用途。在用该方法合成了由Ni1-xZnx OH超薄片组成的三维层状结构材料后,通过进一步的水热处理,我们获得了NixZn1-x S多孔纳米球样品,由于受到柯肯特尔效应(Kirkendall)的作用,在30 nm超小直径的NixZn1-x S纳米颗粒内部形成了丰富的相互连接的纳米孔。这样的结构不仅增大了材料的比表面积(148.4 m2 g-1),而且为离子扩散提供了快速传输的通道,有利于获得高的的比电容和良好的循环稳定性。2.采用一步水热的方法在泡沫镍上原位生长了多层Ni1-xZnx S复合物。利用Zn元素掺杂的技术,控制Zn元素在复合物各层中含量的变化来控制形貌的变化。具备不同形貌的多层结构可以提供大范围的孔径尺寸分布,为电解液离子的快速进出提供通道并缩短离子迁移程。另外各层之间均是通过原位生长的方法构造的,这对于减小电子在层与层之间的传输阻力非常有效,因此其能够提供良好的电化学性能。通过该种构造方式得到的的多层结构材料不仅能够获得高的比电容性能和良好的循环稳定性,而且对于获得超大倍率性能来说也是非常有效的。3.通过硫化和随后的水解反应,我们成功合成了一种高质量负载(8.33 mg cm-2)的新型Ni foam-Ni3S2@Ni(OH)2-graphene三明治结构电极(NF-NN-G)。该样品中Ni3S2和Ni(OH)2的电导率同时得到了提高。其中位于上层的Ni(OH)2表面覆盖着一层薄的石墨烯膜,位于下层的Ni3S2通过在泡沫镍上原位硫化而成,主要作为连接Ni(OH)2和泡沫镍的桥梁。石墨烯不仅增加了Ni(OH)2的结构稳定性并且有效地提高了其电化学性能。由于高活性材料负载量的电极的导电性会随着负载的厚度增加而急剧减小,这种设计对于提高大负载量电极的导电性非常有效,能够减小电子在传输过程中的损失,提高材料的利用率,进而获得高的电化学性能。4.通过简单的一步水热法成功制备了多级三维层状Zn S/Zn O/Ni9S8/Ni(OH)2复合材料。使用Zn S作为类催化剂材料可持续生产辅助支撑材料Zn O以充分利用电极的内部空间,Ni9S8和Ni(OH)2则作为主要活性材料参与电化学反应。Zn S在水解成为Zn O后,其副产物H2S可以与溶液中过量的Zn2+反应生成新的Zn S,这一机制可以保证三维结构在空间范围内理论上无限扩展,为电极材料提供丰富的电活性位点。此外,使用该策略获得的电极材料中,Ni9S8/Ni(OH)2良好的电化学活性与辅助材料的结构稳定性之间具有良好的协同效应,因此可以保证其在获得优异的电化学性能的同时也能够具备极其优秀的循环性能。