電活性功能材料（electroactive functional material, EFM）是一類電子-離子的混合導(dǎo)體，既能傳遞電子又能傳遞離子。將其沉積在電極表面或?qū)щ娀�體上構(gòu)成外部電路（電子導(dǎo)體）與溶液（離子導(dǎo)體）之間的媒介，通過電位調(diào)節(jié)可以控制其氧化/還原狀態(tài)轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)充放電過程。為維持電活性功能材料的電中性，所轉(zhuǎn)移的電荷通過離子的置入和釋放得到補(bǔ)償。該類材料在離子選擇性電極、電活性離子交換膜、生物/電化學(xué)傳感器、電催化以及二次電池等新技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，特別是基于電活性功能材料發(fā)展起來的新型電化學(xué)控制離子交換技術(shù)（electrochemically switched ion exchange, ESIX）、電化學(xué)超級(jí)電容器（electrochemical supercapacitor, ESC）和電解水制氫等在應(yīng)對(duì)日益突出的環(huán)境和能源問題時(shí)，展現(xiàn)出獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

材料的結(jié)構(gòu)決定其性能。電活性功能材料的優(yōu)良性能主要取決于其微觀結(jié)構(gòu)，在保證電子導(dǎo)電性的同時(shí)，盡可能多地暴露可靠的活性位點(diǎn)，供離子快速地置入與釋放。一般而言，決定電活性功能材料結(jié)構(gòu)和性能的根本因素是選擇適宜的合成方法。因此，研究合成方法對(duì)電活性功能材料結(jié)構(gòu)和性能的影響規(guī)律是該領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。此外，電活性功能材料的種類是決定其性能和用途的另一重要因素，常見的電活性功能材料主要包括各種新型碳材料、有機(jī)導(dǎo)電高分子聚合物、無機(jī)變價(jià)金屬化合物等。其中碳材料化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定、導(dǎo)電性好，但離子交換容量較低；導(dǎo)電高分子材料具有贗電容特性，離子交換容量高，但穩(wěn)定性較差；金屬變價(jià)化合物同樣具有贗電容特性，表現(xiàn)出較高的離子交換容量，但存在酸堿適應(yīng)性較差、電阻較大等問題；有機(jī)/無機(jī)復(fù)合（雜化）電活性功能材料通過協(xié)同優(yōu)化改善其結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，顯示出快速的離子傳遞能力和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等。近年來，關(guān)于新型復(fù)合電活性材料的研發(fā)備受關(guān)注，為高性能EFM的開發(fā)提供了一條重要的思路，并成為該領(lǐng)域的又一研究熱點(diǎn)。

本書匯集近五年課題組及作者在日本弘前大學(xué)北日本新能源研究所留學(xué)訪問期間的研究成果，以圍繞解決環(huán)境和新能源問題所需電活性功能材料的制備和應(yīng)用為主線，結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)參考文獻(xiàn)及本課題組的科研特色，較系統(tǒng)地介紹有機(jī)、無機(jī)、有機(jī)/無機(jī)雜化等各類電活性功能材料及其制備方法，與其在廢水中重金屬離子去除、超級(jí)電容器以及電解水制氫等方面的開發(fā)與應(yīng)用，重點(diǎn)介紹了本課題組研發(fā)的單極脈沖電沉積（聚合）技術(shù)可控制備特定結(jié)構(gòu)電活性功能材料的新方法，同時(shí)提出了一些新的電活性材料的設(shè)計(jì)思路和解決問題的機(jī)制。全書共分四章，詳細(xì)介紹了電活性功能材料的制備技術(shù)、典型重金屬Pb2 、Ni2 離子的選擇性去除、雙金屬氫氧化物/氧化物基等贗電容性能、高分子導(dǎo)電聚合物贗電容性能、氧化物或者金屬摻雜碳化物等催化制氫和制氧性能，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性和實(shí)用性，可供從事電活性功能材料領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考，也可供科研院所、高等學(xué)校環(huán)境化學(xué)工程、能源化學(xué)工程以及相關(guān)專業(yè)師生參閱。

本書研究工作得到了國家自然科學(xué)基金（No.21776191、No.21476156、No.21276173）、山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃國際科技合作項(xiàng)目（No.201803D421094）等項(xiàng)目以及日本產(chǎn)學(xué)共同研究項(xiàng)目（No.Sendai-2014-1）的支持。在本書的寫作過程中，羅晉花、郝曉瓊、李春成、杜曉、李修敏參與了相關(guān)工作，郝曉剛、官國清、薛春峰老師給予了指導(dǎo)，靳彤彤、房小繁等參與了圖表校核。全書由馬旭莉統(tǒng)稿、定稿。

限于作者水平有限和時(shí)間緊湊，不妥和疏漏在所難免，懇請(qǐng)專家、學(xué)者和工程技術(shù)人員批評(píng)指正。



馬旭莉

2019年4月