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电极材料是超级电容器的核心,其电化学性质直接决定超级电容器性能。过渡金属氟化物BaMF4(M=Mn,Co和Ni)作为超级电容新型电极材料,因具有特殊的极化特征和层状结构,展现出极大的开发和应用前景。目前,BaMF4中M离子自身价态及其在电化学反应过程中的价态变化与电化学性质关联尚未清楚;此外,现有报道的BaMF4粒径过大(几十微米级),如何制备纳米级材料并构筑利于电化学过程电子离子输运的通道也具有极大挑战性。针对这些问题,本论文选取BaMF4家族材料中电化学性能最优异的电极材料BaCoF4,开展纳米级合成制备、微结构调控以及电化学性能和机制等研究,主要内容和结果如下:(1)系统调控水热反应的温度、时间、反应物配比和浓度、F源选取等条件因素,以CoF2、BaF2和CF3COOH同时作为F源,且Co源过量5 at%,230 ℃反应24h的最终条件,制备出纯相BaCoF4(空间群Cmc21)电极材料。所制备的BaCoF4颗粒呈现大块状层状堆积结构,尺寸为微米级。电化学测试表明BaCoF4电极材料表现出明显氧化还原和赝电容行为,典型的赝电容超级电容材料,比电容值为121 F·g-1。XPS进一步证实电化学反应的氧化还原过程呢,钴离子二价、三价之间(Co2+/Co3+)的价态变化是电化学活性和电极电荷存储的根源。(2)采用表面活性剂辅助水热方法,在纯相样品制备条件基础上添加0.4 g(0.0239mol/L)十二烷基苯磺酸钠(SDBS)调控BaCoF4的片层状堆积方式,制备出取向(晶带轴)为[3-1 0]的二维纳米片状结构,与理论上的BaCoF4离子通道[10 0]或者a轴方向较接近。由于离子通道方向上BaCoF4材料尺度减小,参与电化学反应的有效活性Co离子的数量增加,即提高了高活性位点密度,片状结构BaCoF4电极材料展现出极其优异的超级电容储能性质,比电容值提升至692.3 F·g-1,比直接制备的块体材料的值约提高了 5倍左右。因此,构筑离子通道有利于提升电极材料的综合电化学性能。(3)研究BaCoF4电极材料的热稳定性及温度微结构变化,获得了该材料稳定性的重要参数。水热制备的块体和片状结构BaCoF4均在300 ℃左右开始分解,产生BaF2。保护气氛下,BaCoF4电极材料的分解温度有所提高。分解过程中,BaCoF4颜色由粉色逐渐变为灰色至黑色,颗粒尺寸变小,导电特性提升。尽管热处理后BaCoF4的电化学性质有所提升,例如块体材料的电容值相应地提高了3倍左右,结构热稳定性仍然是该类材料作为高温电极材料需要考虑的一个问题。