以商业纳米Si颗粒(60 nm)和天然鳞片石墨为原料，采用静电原位自组装和水热还原的方法，设计开发了具有三维笼状导电网络结构的硅/还原氧化石墨烯(Si/rGO)纳米复合材料，以该复合材料为锂离子电池负极材料，研究了Si/rGO纳米复合材料储锂性能及储能机理。结果表明：纳米Si颗粒均匀地分布在rGO三维笼状导电网络结构中，在锂离子嵌入/脱出过程中，该网络结构有效地抑制了纳米Si颗粒的体积膨胀，并且提供了更多的离子传输通道。在0.1 A/g电流密度下，Si/rGO纳米复合材料的首次放电比容量达到了1 246 mA·h/g，第5次循环Coulombic效率为98.2%，容量保持率达到95.5%，表明纳米复合材料具有较快的稳定性。200次循环后，可逆容量保持在852 mA·h/g，Coulombic效率稳定在99.9%，容量保持率达到68.4%。

锡基氧化物及其合金具有制备简单和理论比容量高等优点, 是一种有前途的钠离子电池负极材料。然而, 锡基氧化物及其合金在循环过程中会发生颗粒团聚及体积形变, 导致电极粉化、容量衰减和倍率性能差等问题。在此, 本工作采用氯化钠模板法合成了Bi/SnOx颗粒锚定在超薄碳层上的复合材料(Bi/SnOx@C), 构筑了一种均匀的Bi/SnOx@C异质结构。其中, 超薄碳层可以有效抑制Bi/SnOx复合颗粒的团聚并增加电极材料比表面积, 提供更多活性位点, 同时Bi/SnOx也能够贡献更多的比容量。超薄碳层与Bi/SnOx复合颗粒的协同作用可以有效提高电极材料循环稳定性, 对于构筑高性能电极材料具有重要意义。

天然辉钼矿具有低成本、高储存锂的优势, 可直接用作锂离子电池负极材料。首先对辉钼矿进行膨胀处理, 然后利用多巴胺进行表面改性, 构建了膨胀辉钼矿/碳(EM/C)复合材料。膨胀法制备的蠕虫状膨胀辉钼矿(EM)具有较高的比表面积, 有利于电解质的渗透和锂离子的扩散。无定形碳层有效地提高了其电导率, 并为MoS2循环过程中体积变大提供了缓冲空间。EM/C复合材料具有较长的循环寿命和高容量, 在电流密度100 mA/g下, 循环200圈容量仍可高达1 213 mA·h/g, 即便在1 A/g的大电流密度下, 仍有623 mA·h/g的可逆容量。以辉钼矿精粉为原料构建EM/C复合材料的策略, 对实现锂离子电池优异的电化学性能具有一定指导意义。

多孔硅具有比表面积大、发光性能良好等特点, 目前对于多孔硅的研究已经涉及到生物与化学传感器、药物递送、光催化、能源等领域。多孔硅中的孔隙可有效缓解硅在锂化时的体积膨胀, 缩短锂离子从电解液向硅本体扩散的距离, 促进高电流密度下的充放电过程。因此, 多孔硅在储能领域得到了广泛研究与发展。但是一些挑战仍然存在, 如制备成本、刻蚀机理、多孔结构的调控、多孔硅的电化学性能等还不能满足商业化应用的要求。本文对目前国内外多孔硅制备方法的研究进行了综述, 并详细介绍了多孔硅在锂离子电池领域的应用。最后, 对多孔硅材料在储能领域的发展进行了展望。

以天然硅酸盐矿物还原制备硅负极材料，即可以继承天然矿物结构来提高硅材料的电化学性能，又具有低成本的特点。以天然埃洛石铝热还原的产物为原料，沥青为碳源，采用简单的蒸发溶剂的方法制备了硅碳复合材料。结果表明：硅是以直径为30 nm左右的纳米管形式存在，碳层均匀地包覆在硅纳米管上，使得硅碳复合材料的直径增大，碳层厚度约为7 nm，碳以无定形结构存在，碳包覆还导致比表面积下降。电化学测试表明，与硅纳米管相比，当包覆碳含量(质量分数)为15%时电化学性能最好，首次充放电容量分别为1 387.8 mA瘙
簚h/g和1 615.7 mA瘙
簚h/g，首次Coulombic效率达到85.9%。不但保持住了硅纳米管的首次充放电效率，循环性能得到大幅度提升，与硅纳米管的循环200次容量保持率38%相比，包覆碳含量为15%的循环200次容量保持率提高了45.8%。包覆碳含量为15%的硅/碳复合材料的500次循环后比容量为1 065.6 mA瘙
簚h/g。容量保持率为76.8%。

VS4是极具发展前景的储钠负极材料之一，它具有一维链状结构，链间距远大于钠离子半径(0.583 nm vs. 0.102 nm)，且理论储钠容量高达1 196 mA·h/g。然而，在反复的充放电循环过程中，该电极材料体积会发生剧烈地膨胀收缩，最终导致结构崩塌，电池循环稳定性差、容量衰减等问题，严重限制了VS4的实际应用。为此，提出构筑高稳定性微球结构VS4 (直径约1 μm)。独特的三维微球结构，可以缓解体积膨胀，提高循环稳定性，改善电化学反应动力学。当用作钠离子电池负极材料时，电池表现出优异的倍率性能(372 mA·h/g@2.0 A/g和297 mA·h/g@5.0 A/g)和长循环稳定性(5.0 A/g下稳定循环100圈)。

电化学氧化法降解水中毒性有机物具有低碳、节能、清洁等优点,该技术的关键是开发高效、稳定、价格低廉的阳极。本文采用热分解法制备了Ti/SnO2-IrO2电极,对电极进行表征和电化学性能分析,并降解了对氯苯酚。考察不同因素(电流密度、目标污染物初始浓度、Cl-浓度)对降解效果的影响。结果表明,Ti/SnO2-IrO2电极具有较长的寿命和良好的电化学性能。当电流密度为20 mA·cm-2,对氯苯酚初始浓度为300 mg/L,Cl-浓度为1 000 mg/L时,化学需氧量(COD)去除率可达89.02%,同时电极具有较低的能耗0.596 kWh·g-1,表现出优异的催化性能。该电极具有一定的工业应用前景。

可穿戴、可折叠电子设备日益受到人们的关注, 开发与之配套的柔性电极材料成为当下的研究热点。本研究采用水热法制备前驱体/碳布复合材料, 将其在高纯氩气气氛下煅烧, 得到柔性的CoO多孔纳米片阵列/碳布负极材料。这种多孔与三维网状立体结构能够有效缓解充放电过程中材料的体积效应, 而且多孔结构还增加了活性物质CoO纳米片的比表面积, 有利于电极材料储锂容量的提升。电化学性能测试表明, 该CoO多孔纳米片阵列/碳布负极材料在100 mA·cm-2的恒电流下, 首次放电容量1 862.8 mAh·cm-2, 首次循环库伦效率87.8%, 在700 mA·cm-2的电流密度下, 经过100次的充放电循环后, 材料的放电比容量仍保持在1 428.9 mAh·cm-2。在1 000 mA·cm-2的电流密度下, 仍然有1 353.8 mAh·cm2的容量。该方法简便易行且原料成本低廉, 可以降低锂离子电池柔性负极材料的成本。