新型有序多孔纳米NiO薄膜电极的可控制备、改性及其超级电容性能

超级电容器是一类新型绿色储能器件，有广阔的应用前景。NiO因价廉、环境友好和具有良好的赝电容性能而成为极具发展潜力的超级电容器电极材料。本项目提出一种制备新型有序纳米多孔NiO薄膜电极的方法，旨在获得比电容量高、倍率特性好及循环稳定性佳的超级电容器用正极材料。该法制得的电极材料具有孔道高度有序和集电活性物质与基体于一体的结构特征。即采用阳极氧化法在Ni箔表面制备出纳米NiO有序多孔膜，经稀土金属离子掺杂，直接作为正极用于超级电容器。本研究将探索阳极氧化条件对NiO多孔膜生成过程的影响，阐明其在电场下的有序自组装机制；探讨金属离子掺杂对电化学性能的影响，诠释NiO多孔膜微结构与电容特性的内在联系；揭示电解质离子和电子在此类NiO电极/溶液界面传递过程的微观机制。本项目的开展不仅能丰富阳极氧化法制备多孔材料的基础理论，同时为NiO材料制备和新体系电化学性能探索提供了新思路，具有重要的科学意义。

(1)通过对电解液的选择和对电解液浓度及阳极氧化电压的协同控制，采用阳极氧化工艺在镍箔上成功制备出较为有序的NiO纳米多孔膜。研究了电解液温度对NiO多孔膜生成的影响，实验确定在40℃~50℃的温度范围内，有利于制备出较为有序的纳米NiO多孔膜；在2V~30V的电压范围内，控制电解液浓度为0.025mol/L~0.8mol/L均可实现多孔膜的制备；阐明了NiO多孔膜的形成是电场作用下电解液中的H+选择性刻蚀致密NiO薄膜的结果；采用不同的热处理方式均能实现NiO多孔膜由无定形向结晶态的转变。当采用蒸汽热处理方式时，得到了形貌新颖的NiO纳米片阵列结构；研究了Ni基NiO多孔薄膜的电化学性能，在2mA/cm2的放电电流下其比电容值为194mF/cm2，该Ni基NiO多孔薄膜电极具有较好的电化学稳定性，经历300次充放电循环后，容量保持率为90%。.(2)发明了一种在金属Ni箔表面原位制备Ni(OH)2纳米片阵列薄膜的新方法----蒸汽热法。通过对反应参数（如氨水量和反应温度）的控制可以实现对纳米片阵列尺度的调控。该纳米片阵列薄膜具有良好的电化学性能，在1mA/cm2的放电电流密度下其比电容值高达296mF/cm2，经历500次充放电循环后，容量保持率可达87%，优异电化学性能的发挥源于纳米片阵列多孔薄膜的有序结构和集流体的良好接触。将Ni基Ni(OH)2纳米片阵列煅烧后可以获得形貌类似的Ni基NiO纳米片阵列。.(3)研究了La3+的掺杂量对多孔NiO电化学性能的影响。实验结果表明，在1%~3%摩尔掺杂量的范围内，随La3+掺杂量的提高，多孔NiO的电化学性能逐渐提升，3%掺杂量的NiO较之纯NiO的比电容值提高了近2倍。La3+掺杂NiO电化学性能的提升归因于La3+的引入活化了NiO的晶格结构和导电能力的显著改善。.(4)参加国内外学术会议各一次，并做分会口头报告。.(5)申请专利4项，授权2项；发表文章8篇，SCI检索5篇。