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随着社会的不断发展,人们对于电化学储能元件的需求日益迫切,使之成为科研领域目前的一大研究热点。在众多材料中金属氧化物有着优越的电化学性能,较高的理论比电容、出色的电子传导率以及大范围的电压窗等都使得其在电化学元件中拥有广泛的应用,但其循环稳定性能一直不甚理想。碳材料虽然在比电容性能方面逊于金属氧化物,但是它却拥有远胜于金属氧化物材料的循环性能。基于两种材料各自的优缺点,本文主要探讨铁系金属氧化物与碳材料(石墨烯和其它形式碳)通过一系列手段制备成性能更加优异的复合材料并研究其在电化学方面的性能。相关研究工作如下:(1)首先通过混合聚乙烯吡咯烷酮(PVP K-30,Mw=4 W)、三水合亚铁氰化钾(K4Fe(CN)6·3H2O)以及盐酸溶液,利用水浴法在80℃下合成蓝色的普鲁士蓝溶液(PB),其结构为正六面体。之后通过调节反应物PVP量,PVP相对分子质量以及盐酸浓度,可以得到不同尺寸的普鲁士蓝颗粒,最终确认将其尺寸控制在200 nm以内。在得到的普鲁士蓝溶液中加入一定量的聚二烯二甲基氯化铵溶液(PDDA),普鲁士蓝与PDDA在沉积作用下结合,带正电的PDDA再会与带负电的氧化石墨通过正负电荷相互吸引的原理进行组装,最终可以得到普鲁士蓝/氧化石墨复合材料(PB/GO),将得到的普鲁士蓝/氧化石墨复合材料在氮气保护下进行煅烧处理,最终可以得到三氧化二铁/石墨烯复合材料(Fe2O3/RGO)。经测试,所得复合材料依然保留六面体结构。Fe2O3的多孔结构电极材料的比表面积增大使得复合电极材料与电解质溶液之间可以更好地进行离子交换。之后利用电化学工作站对所得复合材料进行的一系列的电化学性能测试,测试结果证明在碱性电解质中,所得的三氧化二铁/石墨烯复合材料呈现出了较单体更高的比电容,除此之外,所得复合材料拥有了石墨烯的优点,克服了三氧化二铁倍率性能差和循环寿命短的问题。(2)以聚环氧乙烷-聚环氧丙烷-聚环氧乙烷(PEO-PPO-PEO)为基底,加入六水氯化铁(Fe Cl3·6H2O)、氯化锌(Zn Cl2),锌离子与铁离子的摩尔质量比为1:2。通过溶剂热法,在200℃下,使嵌段共聚物PEO-PPO-PEO包裹住铁酸锌离子,生成Zn Fe2O4与嵌段共聚物的球形复合材料(Zn Fe2O4/PEO-PPO-PEO),冷却离心后将所得产物在氮气保护下进行煅烧处理,得到Zn Fe2O4/C复合材料。经过形貌测试发现,该复合材料依然保持球形结构,且尺寸规整均一,由于Zn Fe2O4颗粒尺寸小、数目多,拥有较大的比表面积,与包裹的碳成分大面积接触,拓宽所得复合材料内部电荷传输的路径,大幅度提高了电子的传导速率。最后经过一系列相关的电化学测试测试,所得Zn Fe2O4/C复合材料表现出了优异的电化学循环性能。