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超级电容器作为一种新型的能量储存装置,因为其快速充放电、循环寿命高和功率密度高,是能量存储方面无可替代的一部分。作为超级电容器最核心的电极的设计与制备自然是研究的重点所在。在众多电极材料中,锌钴基氧硫化物具有丰富的电化学活性、超高的导电性以及经济环保受到了研究者们的广泛关注。然而,目前已经报道的锌钴基氧硫化物纳米材料(纳米线、纳米片、纳米棒和纳米花等)虽然体现出了比较优异的电化学性能,但是这些纳米结构总在某一个维度达到了数百纳米左右,而研究表明在充放电的过程中电解液离子在材料的中的扩散极限为20 nm左右,也就是说上述的这些纳米材料无法达到百分百的利用率。此外,目前的纳米材料电极其负载量相对都较低(1 mg cm-2),而要想实现商业化应用,负载量要达到10 mg cm-2左右。针对于上述的问题,本论文以锌钴基氧硫化物作为研究对象,将其纳米尺寸进一步缩小至量子点的尺度(<10 nm),并与石墨烯复合,并对实验参数进行了优化,得到了最优的电化学性能。具体的研究内容如下:(1)首先我们利用两步溶剂热法制备出了ZnCo2O4量子点均匀分布在NG的表面上的ZnCo2O4/NG复合材料。通过对比相同条件下制备出了ZnCo2O4/G,ZnCo2O4和NG的形貌与电化学性能,发现量子点与NG可以防止各自的团聚重叠。此外,为寻求最优的性能,我们通过改变GO和前驱盐的浓度比例,得出了最优的浓度参数。得益于ZnCo2O4量子点和NG的协同作用,最优浓度参数下的ZnCo2O4/NG在1 A g-1下比电容达到607.7 F g-1,在30 A g-1下倍率性能为84.5%,5000次循环后容量保持了89.2%。并选取了最优浓度条件下制备的ZnCo2O4/NG与活性炭进行了非对称器件的组装与电化学测试,其能量密度达到28.3 Wh kg-1。(2)为进一步提升材料的导电性,我们制备了对应的锌钴基硫化物量子点。我们通过在两步溶剂热过程中加入硫源的方式制备出了超小尺寸Zn-Co-S量子点修饰的氮掺杂石墨烯复合材料Zn-Co-S/NG。同时,我们通过改变溶剂中乙醇/去离子水的比例,实现了复合材料中Zn-Co-S纳米颗粒不同尺寸调控,研究不同尺寸大小对于电化学性能的影响。具有最小尺寸的Zn-Co-S/NG在1 A g-1下比容量达到710.7 F g-1,当电流密度提升100倍,也就是高达100 A g-1时,Zn-Co-S/NG-1复合材料的电容值依然达到了443.0 F g-1,电容保留率为62.3%,体现了其超高的倍率性能。此外,通过非对称器件的组装与测试研究了其电化学储能性能,混合器件在功率密度为0.8 kW kg-1时达到了最大的能量密度32.0 Wh kg-1,当功率密度增大到16 kW kg-1时,其能量密度依然保持在20.6 Wh kg-1,表现出了良好的储能性能。(3)为实现自支撑与高负载量,我们通过添加抗坏血酸钠还原剂,实现了Zn-Co-S量子点和NG的复合材料与多孔石墨烯纳米片的共组装,得到了新型的三维自支撑结构Zn-Co-S/HGF。我们通过对作为三维自支撑骨架的石墨烯的优化造孔,同时解决了电子传输和离子传输这一相对矛盾的问题,实现了Zn-Co-S/HGF的商业化高负载量要求(10 mg cm-2)。结果表明,当负载量为1 mg cm-2时,最优的Zn-Co-S/HGF-2电极在10 A g-1下的电容值为567 F g-1,当负载量增加到10 mg cm-2时只有9%的衰减。基于单电极的高负载量,我们又研究了高负载量下的Zn-Co-S/HGF新型复合材料与HGF的混合器件的电化学性能。Zn-Co-S/HGF-2//HGF-2混合器件在面积功率密度为15.75 mW cm-2时面积能量密度高达0.5439 mWh cm-2,表明了商业化实际应用的可能性。