作为一种先进的储能装置,超级电容器在促进新型清洁能源开发利用的过程中起着重要作用。为满足实际生产应用要求,进一步提高超级电容器的电化学性能,可在成分和结构两方面对其电极材料进行优化和改善。在成分方面,金属氧化物和硫化物是目前常用的电极材料,但单一成分的材料仍然存在比容量较低、循环稳定性差等问题,因此制备复合材料是提高电极材料性能的一个重要策略。基于这一思路,如何科学地设计复合材料的结构,充分发挥不同组分的优势,弥补各自的缺陷,最大程度实现协同作用,从而获得具有优秀性能的复合电极材料成为了一个亟需解决的问题。在本文中,我们基于对复合材料成分的科学选择和多级结构的合理设计,利用简单有效的合成方法制备出多种具有优异电化学性能的金属氧化物/硫化物复合电极材料,主要研究内容如下:(1)以Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、尿素和NH4F为原料,通过简单的合成-硫化两步水热方法,在泡沫镍基底上生长了 CoFe2O4/CoFe2S4复合纳米片材料。实验发现,当硫化过程中S2-浓度为10mM时,制备得到的CoFe2O4/CoFe2S4复合纳米片材料具有最好的电化学性能,其比电容为4.6 F/cm2。同时,使用CoFe2O4/CoFe2S4材料和活性炭分别作为正极和负极组装完成的非对称超级电容器实现了 19.8 Wh/kg的最高能量密度和1250 W/kg的最高功率密度,以及优良的循环稳定性。该优异的电化学性能得益于CoFe2O4和CoFe2S4成分的协同作用以及纳米片结构较大的比表面积和通畅的离子扩散路径。(2)通过水热合成以及原位水热硫化方法制备了结构可控的核壳NiMoS4纳米片包覆NiMoO4纳米棒复合材料。当硫化过程中S2-浓度为10 mM时,所制备的NiMoO4@NiMoS4复合材料的尺寸约为100 nm,长度约为1μm,且NiMoS4纳米片在NiMoO4纳米棒外层均匀分布。该材料的比电容为832.3F/g,且利用该材料作为正极、氧化还原石墨烯作为负极组装的非对称超级电容器表现出了22.84 Wh/kg的能量密度和3750 W/kg的功率密度以及优异的循环稳定性。结果表明硫化物的引入提高了材料的导电性,同时纳米片包覆纳米棒核壳结构增大了材料的比表面积,构建了通畅的电子传输通道,从而提高了电化学性能。(3)通过阳极氧化、化学浴生长及水热硫化方法在泡沫铜表面成功生长了Cu2-xS @ CoS2核壳纳米线阵列。该Cu2-xS@CoS2核壳纳米线为锥形多孔结构,尺寸位于100-300nm之间。电化学测试表明,其最高比电容可达1007F/g,且循环性能稳定,经过5000次充放电后的容量仍为初次容量的113.6%。同时,利用该材料和还原氧化石墨烯组装的非对称超级电容器也具有较高的能量密度(E=35.4Wh/kg)和功率密度(P=8250W/kg)以及优异的循环稳定性(8000次循环后容量保持104.7%)。这说明该复合材料是一种性能十分优异的超级电容器电极材料。