1. 研究目的与意义（文献综述）

随着经济的发展和人们生活水平的提高，人类在过去一段时间里对煤、石油、天然气等不可再生能源的过度开发已经引发能源危机与环境污染等问题，这也成为制约社会发展的重要因素^[1,2]。针对这一现状，研究者一方面积极开发新型清洁能源，如太阳能、风能、地热能、潮汐能等，另一方面也尝试将产能过剩时的多余能源储备起来转换成品质优良的电能以供使用，例如锂离子电池、超级电容器等。锂离子电池具有较为可观的能量密度，经过近二十年的发展也已逐渐在混合动力汽车、电子设备等方面实现商业化，然而功率密度低却严重限制其在特殊场合的应用。与之相反，传统电容器虽然具有较高的功率密度，但是能量密度极低却限制了其在储能领域的应用。性能介于两者之间的超级电容器应运而生，成为研究热点^[3]。

超级电容器是一种通过形成双电层或发生法拉第赝电容反应来储存电荷的储能器件。双电层电容主要通过电极与电解质界面形成双电层来达到储存能量的目的；法拉第赝电容则是通过电极活性物质的快速氧化还原反应来储存能量，包括离子的吸附脱附、发生在电极表面或本体的快速可逆的氧化还原反应等。与双电层电容相比，法拉第赝电容具有更高的电容值，但是由于法拉第反应速率慢于双电层反应，赝电容的功率密度逊于双电层电容^[4]。超级电容器的电极材料主要有碳基材料（炭黑、碳纤维、活性炭、碳纳米管、石墨烯等）、过渡金属氧化物（NiO、RuO₂、ZnO₂等）、导电聚合物（聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等）三大类^[3,4]。研究者按照超级电容器工作原理将其大致分为三种：一类是双电层超级电容器，电极组分主要是碳基材料；一类是赝电容超级电容器，电极组分由过渡金属氧化物和导电聚合物构成；最后一类是双电层-赝电容复合超级电容器，这种超级电容器将碳基材料与过渡金属氧化物、导电聚合物复合起来作为电极材料。复合型超级电容器结合前两者的优势，成为极具发展前景的超级电容器新选择^[5]。作者的研究工作也将围绕复合型超级电容器展开。各种超级电容器的性质归纳在下表中：

超级电容器由电极、隔膜、电解质构成，其中电极材料的选择对超级电容器的性能产生最重要影响^[6]。研究人员很早就注意到，有序介孔碳具有丰富的周期性孔结构、高的比表面积和良好的电化学稳定性。若将其作为超级电容器的电极材料，可以获得优异的功率密度和循环性能。然而其比电容值和能量密度与赝电容材料相比却很低。已有文献报道，在介孔碳材料中复合过渡金属氧化物，氧化物产生的赝电容效应将显著提升介孔碳主体材料的电容性能；NiO作为一种贱金属氧化物，不仅拥有良好的赝电容性能(理论电容可达2573 F/g)，同时它具有毒性小、廉价易得等特点，这使得NiO在超级电容器活性材料领域获得了广泛的研究和应用。然而由于它的导电性很差（0.01-0.32S/m），这样高的理论电容在实验上还没有达到^[7,8]。因此制备具有优良导电性、高分散性及大比表面积的NiO基电极材料成为提高其电容性能的有效方案^[9]。

基于上述分析与已有文献报道的事实^[4,10-15]，将有序介孔碳与纳米NiO粒子复合并用作超级电容器电极（记作NiO@C），一方面，有序介孔碳的加入提高了复合体系的导电性，这对电荷转移过程是至关重要的；另一方面，有序介孔碳高度发达的介孔结构在缩短离子扩散距离并与电解质溶液形成有效接触的同时，还具有大比表面面积，为NiO粒子提供丰富的担载位点，使其高度分散而不至于团聚 ^[16]。前已述及，高分散NiO纳米粒子的加入为复合体系提供赝电容贡献，显著提升有序介孔碳的电容性能。两种组分相互影响，产生协同效应，复合电极的导电性、比表面积等问题得以解决，并预计其具有良好的电化学性能，适应新型超级电容器的发展需求。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备：以有序介孔碳为载体材料，以nio纳米粒子为客体材料，制备氧化镍修饰有序介孔碳复合材料nio@c。

材料表征：对得到的nio@c复合材料进行结构表征。通过xrd、n₂吸/脱附、tem、sem、xps、ft-ir等表征手段对其物相、显微形貌、比表面积、孔径及分布、元素构成等进行分析。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－9周：按照设计方案，制备nio@c复合材料并进行结构表征。

第10－12周：对nio@c复合材料电化学性能进行测试，进一步优化制备工艺，获得性能优良的复合材料。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] liang q, su h, yan j, et al.n-doped mesoporous carbon as a bifunctional material for oxygen reductionreaction and supercapacitors[j]. chinese journal of catalysis, 2014, 35(7):1078-1083.

[2] vix-guterl c, frackowiak e,jurewicz k, et al. electrochemical energy storage in ordered porous carbonmaterials[j]. carbon, 2005, 43(6): 1293-1302.

[3] 石墨烯/氧化镍复合材料的制备及其电容性能的研究.[学位论文] 邓文韬，中南大学，2013.