插層結構水滑石陣列的合成及超電容性能研究

《插層結構水滑石陣列的合成及超電容性能研究》是依託北京化工大學，由韓景賓擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：插層結構水滑石陣列的合成及超電容性能研究
• 依託單位：北京化工大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：韓景賓

項目摘要

超級電容器作為一種新型的儲能器件，因其功率密度高、循環壽命長、綠色環保等優點，已廣泛套用於工業大型UPS電源系統、電動汽車及航空航天等領域。發展具有大容量、高能量密度、高穩定性的電極材料是超級電容器研究領域的關鍵問題。含過渡金屬（如Mn、Fe、Co、Ni等）的水滑石類層狀材料（LDHs），具有較高的比表面積和電化學活性，是極具發展前景的一類超電容材料。本項目以構築高性能水滑石基超電容材料為研究目標，圍繞此類電極材料的結構設計、製備規律、結構與電化學性能的強化開展基礎和套用基礎研究。通過調變材料的化學組成、結構和主客體協同作用，研究電解質在電極材料中的傳質動力學、電子的傳導機制，及其對電極材料電化學性能的影響。通過解決此類超電容材料的可控組裝和儲能性能中的關鍵科學問題，構築具有特色的研究體系，為高性能超級電容器電極材料的結構設計和性能調控提供實驗基礎和有益探索。

結題摘要

含過渡金屬（如Mn、Fe、Co、Ni等）的水滑石（LDHs）類層狀材料，具有較高的比表面積和電化學活性，且對環境友好、容易合成，是極具發展前景的一類超電容材料。基於含過渡金屬LDHs類層狀化合物的電化學活性及其結構和組成的可調控性，本項目圍繞LDHs插層結構納米片陣列的結構設計、可控制備和功能強化開展了如下研究工作： （1）插層結構設計：以幾何匹配、電荷密度匹配為指導原則，設計了多種陰離子插層及不同導電物種表面修飾的LDH基雜化陣列結構電極材料。 （2）發展了多種插層結構組裝方法：採用原位聚合、拓撲轉變、重構組裝等多種製備方法，獲得了片層垂直於基底取向的LDH陣列結構，並對其組成、形貌等進行了調控。 （3）以電化學儲能性能為導向，實現了功能強化：通過調控材料的化學組成、插層結構和主客體相互作用，對電子的傳導及電解質的傳遞動力學進行了最佳化，顯著提升了電極材料的儲能性能，獲得了幾類性能優異的超電容材料。 項目執行期間，在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Funct. Mater.、Small等刊物發表SCI論文7篇（IF均大於6.0），申請國家發明專利6項（獲授權1項）；參與撰寫專著兩部（含一部英文專著）。項目負責人獲得2013年全國優秀博士論文提名；獲得2016年“北京市科技新星”計畫資助；獲得2016年中國科協“青年人才托舉工程”項目資助；獲得2015年中國石油和化學工業聯合會頒發的科技進步一等獎（排名第11）。