前言：

"电活性功能材料（electroactive functional material, EFM）是一类电子-离子的混合导体，既能传递电子又能传递离子。将其沉积在电极表面或导电基体上构成外部电路（电子导体）与溶液（离子导体）之间的媒介，通过电位调节可以控制其氧化/还原状态转换，实现充放电过程。为维持电活性功能材料的电中性，所转移的电荷通过离子的置入和释放得到补偿。该类材料在离子选择性电极、电活性离子交换膜、生物/电化学传感器、电催化以及二次电池等新技术领域有着广阔的应用前景，特别是基于电活性功能材料发展起来的新型电化学控制离子交换技术（electrochemically switched ion exchange, ESIX）、电化学超级电容器（electrochemical supercapacitor, ESC）和电解水制氢等在应对日益突出的环境和能源问题时，展现出独特的技术优势。

材料的结构决定其性能。电活性功能材料的优良性能主要取决于其微观结构，在保证电子导电性的同时，尽可能多地暴露可靠的活性位点，供离子快速地置入与释放。一般而言，决定电活性功能材料结构和性能的根本因素是选择适宜的合成方法。因此，研究合成方法对电活性功能材料结构和性能的影响规律是该领域的热点之一。此外，电活性功能材料的种类是决定其性能和用途的另一重要因素，常见的电活性功能材料主要包括各种新型碳材料、有机导电高分子聚合物、无机变价金属化合物等。其中碳材料化学性质比较稳定、导电性好，但离子交换容量较低；导电高分子材料具有赝电容特性，离子交换容量高，但稳定性较差；金属变价化合物同样具有赝电容特性，表现出较高的离子交换容量，但存在酸碱适应性较差、电阻较大等问题；有机/无机复合（杂化）电活性功能材料通过协同优化改善其结构和机械性能，显示出快速的离子传递能力和良好的化学稳定性等。近年来，关于新型复合电活性材料的研发备受关注，为高性能EFM的开发提供了一条重要的思路，并成为该领域的又一研究热点。

本书汇集近五年课题组及作者在日本弘前大学北日本新能源研究所留学访问期间的研究成果，以围绕解决环境和新能源问题所需电活性功能材料的制备和应用为主线，结合国内外相关参考文献及本课题组的科研特色，较系统地介绍有机、无机、有机/无机杂化等各类电活性功能材料及其制备方法，与其在废水中重金属离子去除、超级电容器以及电解水制氢等方面的开发与应用，重点介绍了本课题组研发的单极脉冲电沉积（聚合）技术可控制备特定结构电活性功能材料的新方法，同时提出了一些新的电活性材料的设计思路和解决问题的机制。全书共分四章，详细介绍了电活性功能材料的制备技术、典型重金属Pb2+、Ni2+离子的选择性去除、双金属氢氧化物/氧化物基等赝电容性能、高分子导电聚合物赝电容性能、氧化物或者金属掺杂碳化物等催化制氢和制氧性能，具有较强的指导性和实用性，可供从事电活性功能材料领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供科研院所、高等学校环境化学工程、能源化学工程以及相关专业师生参阅。

本书研究工作得到了国家自然科学基金（No.21776191、No.21476156、No.21276173）、山西省重点研发计划国际科技合作项目（No.201803D421094）等项目以及日本产学共同研究项目（No.Sendai-2014-1）的支持。在本书的写作过程中，罗晋花、郝晓琼、李春成、杜晓、李修敏参与了相关工作，郝晓刚、官国清、薛春峰老师给予了指导，靳彤彤、房小繁等参与了图表校核。全书由马旭莉统稿、定稿。

限于作者水平有限和时间紧凑，不妥和疏漏在所难免，恳请专家、学者和工程技术人员批评指正。

马旭莉

2019年4月

目录：

"第1章电活性功能材料及其特色合成001

1.1电活性功能材料001

1.1.1无机电活性功能材料001

1.1.2有机电活性功能材料007

1.1.3有机@无机杂化电活性功能材料011

1.2电活性功能材料的特色制备013

1.2.1单极脉冲法制备电活性功能材料013

1.2.2双极脉冲法制备电活性功能材料015

1.2.3恒电位法制备电活性功能材料016

1.2.4恒电流法制备电活性功能材料016

1.2.5循环伏安法制备电活性功能材料017

1.2.6水热法制备电活性功能材料017

参考文献017

第2章电活性功能材料在重金属离子去除中的应用025

2.1引言025

2.2电活性层状固体质子酸/有机物材料对重金属离子的选择性去除028

2.2.1电活性功能材料PANI/α-SnP对重金属离子Ni2+的选择性去除028

2.2.2电活性功能材料PAY/α-SnP对重金属离子Pb2+的选择性去除034

2.2.3电活性功能材料PEDOT/α-ZrP对重金属离子Pb2+的选择性去除039

2.3介孔分子筛/有机物电活性功能材料的重金属离子去除045

2.3.1电活性功能材料HZSM-5/PANI/PSS对重金属离子Pb2+的选择性去除045

2.3.2电活性功能材料SBA-15/PANI/PSS对重金属Pb2+的选择性去除052

参考文献061

第3章电活性功能材料的超级电容器性能065

3.1引言065

3.2层状结构双金属氢氧化物电活性功能材料在超级电容器中应用067

3.2.1碳纸基体NiCo-LDHs固态柔性超级电容器性能068

3.2.2泡沫镍基体CoMn-LDHs纳米片不对称超级电容器性能077

3.2.3碳纤维基体CoAl双金属氢氧化物全固态柔性超级电容器性能086

3.3导电聚合物电活性功能材料在超级电容器中应用092

3.3.1高稳定性PPy电活性功能材料的电容器性能092

3.3.2以MOF为模板的多孔PANI电活性功能材料的电容器性能098

3.4其他电活性功能材料在超级电容器中的应用103

3.4.1树枝状纳米MnO2/MWCNT电活性功能材料及其超级电容器性能103

3.4.2NiHCF-NCs/CFs电活性功能材料的电容器性能109

参考文献114

第4章电活性功能材料的电催化制氢、制氧123

4.1引言123

4.2电解水原理124

4.2.1析氢反应机理124

4.2.2析氧反应机理126

4.3Co基电活性功能材料在电解水制氧的应用127

4.3.1电活性功能材料Co3O4电催化制氧128

4.3.2海葵状电活性功能材料CuO/Co3O4电催化制氧133

4.3.3核壳结构CuO@Co3O4电活性功能材料的电催化制氧137

4.3.4核壳结构CuO@Fe-Co3O4电活性功能材料电催化制氧144

4.4 Ni基材料在电解水制氧中的应用151

4.4.1 Cu(OH)2@NiFe-LDHs电活性功能材料电催化制氧151

4.4.2原位插层NiFe-LDHs电活性功能材料的催化制氧158

4.5电解水制氢163

4.5.1 Ag掺杂Mo2C电活性功能材料催化制氢164

4.5.2 Mn掺杂CoP电活性功能材料的电催化制氢169

参考文献174