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由过渡金属构成的氧化物,氢氧化物和硫化物等具有优异的光电学,电学和力学等性能,因此在光催化,光电催化,锂离子电池和超级电容器等领域这类材料始终是研究的重点。其中,超级电容器由于高的功率密度,长的循环寿命,弥合传统电容器和电池/燃料电池之间存在的功率/能量差距的能力等特点在近些年受到越来越多的关注。但是超级电容器相对于电池较低的能量密度始终制约它的广泛应用,从其能量公式:E = 1/2CV2可看出,电极材料的比电容容量和器件的电压窗口是决定超级电容器能量密度的重要因素。因此,通过选取或构建具有高电容容量和宽电压窗口的电极材料获得提高能量密度是两种有效的途径。本文中,通过选取以Co,Ni为代表的过渡金属来制备具有高比电容的电极材料氧化物,氢氧化物及硫化物,并从三个方面做如下阐述:1.高电导率的还原CoNi2S4纳米片用于高性能的超级电容器过渡金属硫化物缺陷工程被认为是产生活性位点,增强本征导电性改善电化学性能的一种有效方法。本研究报道了一种通过简单温和的还原过程制备的具有高性能电化学超级电容器的还原CoNi2S4(r-CoNi2S4)纳米片。这种硫缺陷r-CoNi2S4纳米片表现出显著增强的导电性,这归于还原过程中形成的大量硫空位。与纯的r-CoNi2S4纳米片相比,r-CoNi2S4纳米片具有更高的比电容(电流密度2Ag-1时为1117Cg-1)以及优异的倍率性能和稳定的循环性能。第一性原理分析证实,由还原反应产生的硫空位导致位于Ni和Co的d态和S的p态之间在接近费米能级处的杂化增强,从而提高了 CoNi2S4纳米结构的导电性。此外,不对称超级电容器装置表现出在8 kW kg-1功率密度下的55.4 Wh kg-1超高比能量密度,甚至在10000次循环之后超级电容器的80%电容保持不变。2.碳包覆的MoS2@NiCo2S4核壳空心球结构应用于高性能的超级电容器本章采用甘油酸盐-钼球作为前驱体和模板,通过温和的两次水热法制备碳包覆MoS2@NiCo2S4(MoS2@NiCo2S4@C)核壳空心球结构,其中碳层起到保护作用,而相互交联的NiCo2S4壳层的可以提供更多的与电解液接触的活性位点。将这种材料应用于超级电容器电极材料时,MoS2@NiCo2S4@C电极展示了在电流密度2 Ag-1下具有901 Cg-1的高比电容。同时,在电流密度10 Ag-1下循环5000次后比电容依然保持在87%,显示电极材料优异的循环稳定性。3.FeCo2O4@NiCo-LDH核壳结构的合成及其超级电容性能研究本章节主要介绍了通过一种简单的水热法制备出FeCo204@NiCo层状双氢氧化物(LDH)核壳结构,其中FeCo2O4纳米棒作为核,NiCo-LDH纳米片作为壳。并对制备的FeCo2O4@NiCo-LDH复合材料进行了超级电容器性能测试,发现该材料在电流密度为2Ag-1时具有1050Cg-1的优异的比电容,即使电流密度提高到40 A g-1,这种核壳复合材料依然保持一个显著的886 C g-1的电容,显示出优越的倍率性能。此外,循环5000次后比电容依然保持在90%。