介孔氧化钴的制备及其性能研究(2)

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电化学电容器的储能机理分为双点层电容和赝电容两类。双电层电容利用电极液界面双电层构成，它们在电解质溶液中彼此相对立地工作，通常在两个电极间加上隔膜而形成。赝电容型的电化学电容器，是双电层型电化学电容器的一种补充形式，这种赝电容产生于一些电吸附过程和电极表面或氧化物薄膜RuO2、IrO2、Cr3O4 的氧化还原反应中，称作“赝电容”现象。

由于超级电容器自身具有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽优点，各国纷纷对超级电容器的发展制定了计划，将其列为国家重点的战略研究对象，所以对于超级电容器材料的研究近几年来也成为热点。从材料的发展上来看，主要是基于超级电容器的放电原理，从提高有效的比表面积以及可控微孔的方向来研究超级电容器的材料。在过去几十年里，有关纳米金属氧化物的研究越来越多，金属氧化物是由有正的金属离子和负的氧离子形成的离子化合物，金属离子和氧离子之间的静电作用形成稳固的离子键。金属离子壳层的电子都被填满，因而大多数的金属氧化物具有良好的热学和化学稳定性。然而，它们的壳层电子通常未被填满，使得它们具有一系列独特的性质，作为电子器件的潜在应用十分巨大。所以金属氧化物也成为了超级电容器电极材料的热门。

1.2介孔氧化钴的研究背景和意义

1975年，Conway首次研究了法拉第准电容储能原理后，过渡金属氧化物作为超级电容器的材料开始发展起来，随着各国不断地探究发现了:一些氧化物作为电极具有很好的结果，其中最具有代表性的是金属钉、金属铷、金属锰和金属镍这一系列的氧化物。这一类氧化物作为电极主要是材料与电解液当中可以发生可逆的法拉第反应，因此近年来对于超级电容器的材料的应用有了更深入的研究，基于超级电容器的充放电原理，可以通过提高有效的比表面积以及可控微孔的方向来研究超级电容器的材料。

由于介孔材料具有极高的比表面积、规则有序的孔道结构、狭窄的孔径分布、孔径大小连续可调等特点使其称为当下的研究热点，也使得介孔材料成为超级电容器材料的热点，介孔材料自身具有特殊有序孔道使其可作为“微型反应器”，在微观研究中提供了很好的研究材料。1999年，J.Lee首次研究了提出了介孔碳的电化学双电层电容性质，相比于传统的活性炭材料，介孔碳表现出特别好的电化学双电层电容性质，这与介孔材料自身特殊的孔道结构以及非常高的比表面积有着密切的联系，此后，对于介孔材料的研究越来越层出不穷。目前，介孔材料已经称为国际上跨多学科的热点之一，且介孔材料的独特性之使其在材料、化学、物理等学科中也称为热门的研究。

介孔材料按照化学组成来分类一般可分为硅系和非硅系两大类。硅基介孔材料孔径分布狭窄，孔道结构规则，并且技术成熟，研究颇多。硅系材料可用催化，分离提纯，药物包埋缓释，气体传感等领域。非硅系介孔材料主要包括过渡金属氧化物、磷酸盐和硫化物等。由于它们一般存在着可变价态，有可能为介孔材料开辟新的应用领域，展示硅基介孔材料所不能及的应用前景。一般来说，介孔分子筛材料是构成分子筛骨架的无机物种在溶剂相中，在表面活性剂的模板作用下通过超分子自组装而形成的一类有序多孔材料。

从制备方法来看，介孔材料的制备分为软模板发和硬模板法，软模板法的模板并没有预先就已经形成有序的介孔结构，作为模板的通常是一些有机化合物，主要包括生物大分子、表面活性剂等。硬模板路线则是使用已经具有固定介观结构的固体材料来作为合成模板，主要以多孔阳极氧化铝和多孔硅为代表，通过纳米浇铸方法来复制并获得有序介孔材料目标产物的方法。