摘要：为了应对不断恶化的能源危机和环境问题,研究开发清洁和可再生的新型能源材料及其器件已经迫在眉睫。自从发现石墨烯的特殊电子传输特性以来,二维层状材料的研究得到了极大的关注,其它的二维层状材料(包括层状双羟基复合金属氢氧化物(LDHs),层状过渡金属硫化物(TMDs)等)也不断的发展起来。基于二维层状材料独具的物理,化学性质,如高比表面积、结构可控和优异的导电性等,其在能源存储等方面的研究和应用也方兴未艾。为了获得高比电容、快速充放电倍率特性和优异循环稳定性的超电电极材料,本论文研究了一系列的石墨烯、LDHs和TMDs及其复合材料的制备方法和电化学性能。采用了x射线衍射(XRD、XPS、FT-IR、扫描电子显微镜(sEM)和透射电子显微镜(TEM)等表征方法对目标电极材料的物相和形貌进行了表征,利用循环伏安法、恒流充放电技术和交流阻抗谱等研究了复合电极材料的电容性能。主要研究内容如下：以氧化石墨烯为前驱体,六次甲基四胺(HMT)为结构导向剂,六水合氯化钴和六水合硝酸镍为钴源和镍源,通过水热法在泡沫镍表面原位生长镍钴双金属氢氧化物/石墨烯(Ni-Co LDHs/rGO)复合电极材料。当LDHs/rGO的配比为1：2的条件下,所制得的复合材料具有规整的层状结构和高的比表面积。电化学测试结果表明：在扫描速率为5 mV/s时,Ni-Co LDHs/rGO复合材料在6mol/L KOH电解液中比电容高达2270 F/g,优于Ni-Co LDHs(920 F/g);在扫描速率从5 mV/s增加到100 mV/s时,其电容保持率为42%；在20 mV/s的扫描速率下,经过1000次循环充-放电后,Ni-Co LDHs/rGO的电容仍保持在91.5%。通过一步水热法分别合成了α-NiS、Co3S4和CoNi2S4纳米介孔电极材料,并研究了其电化学性能。XRD、SEM和TEM研究表明,介孔硫化物是由单相纳米颗粒堆叠组装而成,其中二元系的CoNi2S4由纳米片自组装形成了具有褶皱表面的微球形貌。电化学性能研究表明,二元系的CoNi2S4比α-NiS、Co3S4具有更高的比电容、更佳的倍率特性和优异的循环稳定性。在扫描速率为5 mV/s时,CoNi2S4材料在6 mol/L KOH电解液中比电容高达1678.3 F/g,优于a-NiS(787.4 F/g)和Co3S4(1532.7 F/g),在扫描速率从5 mV/s增加到100 mV/s时,其电容保持率为45.8%,比a-NiS(30.2%)和Co3S4(29.3%)高出约15%。在15 A/g的电流密度下,经过900次循环充-放电后,二元系的CoNi2S4的电容仍保持在96.3%,库伦效率保持在94.3%左右,说明镍钴双金属硫化物具有优异的循环稳定性和充放电可逆性。以均苯三甲酸为有机配体,六水合氯化镍为镍源,水热合成Ni-MOFs材料作为前驱体,将其与硫代乙酰胺进行二步水热硫化得到Ni-MOFs@NiSx的复合材料,该复合材料不仅保留了MOFs的大骨架结构,而且还具有NiSx的精细的纳米结构。这种独特的三维结构促进了电荷的转移和电解液离子的扩散,从而提高了材料的使用率。实验结果表明,两步法所合成的复合材料的比电容在5 mV/s时达到了716 F/g,优于单纯Ni-MOFs材料的124.5 F/g。在10 A/g的电流密度下,经过1000次循环充-放电后,Ni-MOFs@NiSx的电容保持率比单纯的Ni-MOFs材料提高了61.4%,充分说明Ni-MOFs@NiSx复合材料具有良好的赝电容特性。