水凝胶是一种以水作为分散介质并存在于三维网络中的分散体系,是材料、生物和化学等科学领域的热门研究对象。构筑水凝胶的单体主要包括小分子、生物大分子、纳米纤维材料和金属-有机配合物等,在合适的条件下单体相互作用并进一步组装成水凝胶。本文分别以金属-配位复合物、纳米纤维材料作为构筑基元进行复合水凝胶的构建及性能研究。详细探究了凝胶的自组装行为、流变学性质、微观结构等,并进一步探索了其作为凝胶电解质在水系锌离子电池中的性能。论文主要内容如下:一、基于金属-有机超分子自组装和化学交联聚合物构建了双网络复合水凝胶,并成功应用于水系Zn-Mn O2电池中。利用锰离子与单磷酸腺苷的金属配位作用自组装形成超分子水凝胶,考察了影响凝胶自组装行为的因素,探讨了凝胶的自组装机理,发现凝胶形成的驱动力为生物小分子和锰离子的配位作用。并对其进行了初步的电化学性能探究,发现该凝胶表现出良好的电化学行为。进一步将聚乙烯醇高分子链引入该超分子凝胶结构中,构筑双网络水凝胶,有效解决了水凝胶中可能发生的微球沉淀会降低其电化学稳定性的问题。该凝胶制备的凝胶电解质表现出稳定的电化学性能,利用该凝胶电解质制备的软包电池可以点亮发光二极管,进一步证明了其应用可行性。二、将表面带有多羟基的管状埃洛石与高分子丙烯酰胺通过氢键作用互相缠结,制备出的纳米复合凝胶成功应用在水系Zn-Mn O2电池中。将丙烯酰胺单体与埃洛石分散液混合,通过热引发聚合形成纳米复合水凝胶,研究了埃洛石分散浓度对凝胶机械性能的影响。探讨了凝胶的自愈合性能和凝胶的形成机理,发现纳米复合水凝胶形成的主要驱动力为氢键作用。进一步在该纳米复合水凝胶中添加高浓度电解液制备了凝胶电解质。研究发现,高浓度电解液不仅可充当正负电极间的导电离子,还可在室温下加速丙烯酰胺的凝胶化行为,在添加少量引发剂后几秒内即可使丙烯酰胺原位自组装形成凝胶。制备的复合凝胶电解质不仅表现出机械性能增强和优异的自愈合性能,还具有不逊于丙烯酰胺水凝胶的电化学行为。利用该复合凝胶电解质制备的柔性线缆式电池可以成功点亮发光二极管,进一步证明了其应用可行性。