摘要
镍钴基氢氧化物作为一种极具潜力的超级电容器正极材料，具有超高的比电容和电化学活性，但较低的电导率和稳定性限制了其进一步发展。通过优化材料结构以及与高导电性材料复合等方法提高材料的导电性和稳定性是解决这一问题的有效途径。本课题以ZIF-67为前驱体，设计合成了碳、氮共掺杂的镍钴锰氢氧化物与金属银的复合材料（C/N-NiCoMn-LDH/Ag），有效改善镍钴基氢氧化物结构稳定性差的不足。同时结合表征分析和DFT理论计算，探究不同组成氢氧化物的储能机理以及影响材料电化学性能的关键因素。最后，以C/N-NiCoMn-LDH/Ag电极材料和活性炭构筑混合型超级电容器，探究材料的实际应用潜力。 （1）首先采用化学沉淀法合成ZIF-67前驱体，然后对其进行PDA的包覆，同时掺入Mn2+源和Ag+源，额外添加的带正电荷的离子可以促进多巴胺聚合。实验和表征分析表明，多巴胺聚合体系的弱碱性环境也可以触发对ZIF-67的刻蚀反应，随着多巴胺聚合时间的延长，材料经历了实心、核壳到中空结构的演变。随后经热处理后与硝酸镍进行刻蚀沉积反应制备得到C/N-NiCoMn-LDH/Ag复合材料，NiCoMn-LDH纳米片通过自组装形成中空的菱形十二面体纳米笼，这种独特的中空纳米笼结构具有良好的结构稳定性，且可以提供丰富的电化学活性位点。 （2）对C/N-NiCoMn-LDH/Ag复合材料的电化学性能进行研究发现，在1 A?g-1电流密度下，材料的比电容高达1988 F?g-1，电流密度为20 A?g-1时，仍具有1032 F?g-1的比电容，展现出优异的倍率性能。根据DFT理论计算结果，随着Mn2+源和Ag+源的引入，电极材料的结晶度逐渐降低，导电性逐渐增强，对O*和OH*中间体的吸附能逐渐增大，且在低温下仍具有良好的吸附性能。 （3）为探究材料的实际应用潜力，以C/N-NiCoMn-LDH/Ag复合材料为正极材料，活性炭为负极材料，分别以6 M KOH电解液和聚乙烯醇（PVA）基凝胶电解质构筑混合型超级电容器和准固态超级电容器，并在-30~25℃温度范围内，探究其电化学性能。C/N-NiCoMn-LDH/Ag//AC HSC装置在功率密度分别为825 W?kg-1和8250 W?kg-1时，能量密度可以分别达到39.60 Wh?kg-1和20.16 Wh?kg-1。而准固态C/N-NiCoMn-LDH/Ag//AC HSC装置，在功率密度分别为900 W?kg-1和4500 W?kg-1时，能量密度可以分别达到10.60 Wh?kg-1和3.33 Wh?kg-1，且在低温下两种超级电容器均表现出良好的电化学稳定性。
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