以PdCl2为活化敏化液,水合肼为还原剂,采用化学浸渍-还原法在常温下制得了磁性金属Ni掺杂三聚氰胺-甲醛（MF）气凝胶,为金属掺杂气凝胶的制备寻得了新的途径。利用X-射线粉末衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等对Ni掺杂MF气凝胶进行表征,SEM和TEM均表明,经浸渍-还原处理后的MF气凝胶骨架中较均匀地分布着粒径约100 nm的金属Ni颗粒,其中部分颗粒生长连结形成较大团簇。N2吸-脱附实验数据显示,掺入金属Ni后,MF气凝胶的比表面积、总孔体积、微孔体积均减小,表明浸渍-还原处理后得到的金属Ni颗粒均匀分布于MF气凝胶孔隙中,其中少量大孔的出现是由形成团簇的Ni颗粒填充了部分纯MF气凝胶的孔隙撑开了孔隙结构所致。

利用辐照还原法在500 kGy辐照剂量下制备了Au掺杂MF有机气凝胶。通过X射线衍射(XRD)、能量色散光谱仪(EDX)和透射电子显微镜(TEM)测试证实了辐照法成功地制备出Au掺杂MF有机气凝胶复合物。EDX和TEM照片表明辐照处理后Au纳米颗粒均匀地分布在MF气凝胶骨架中, 并且Au纳米颗粒的平均尺寸为5.8 nm。N2吸附数据分析表明掺入Au纳米颗粒后, MF气凝胶的比表面积、总孔体积、微孔体积和介孔体积都有所下降。

以葡萄糖为还原剂，天然石墨片为原料，采用Hummer法制备了石墨烯粉末(Graphene);并以该产物、KMnO4和HCl为原料，采用水热法制备了MnO2/Graphene复合材料。用扫描电子显微镜和X射线衍射对所制备的复合材料进行了表征，结果表明，水热法制备的MnO2材料为纯的α-MnO2相，且石墨烯粉末的加入并没有影响MnO2的晶体结构。在1 mol/L Na2SO4电解液中进行了循环伏安和计时电位扫描测试，电极材料电化学性能稳定，具有较好的可逆性，在1.27 mA/cm2电流密度下进行充放电测试时，电极比电容为147.9 F/g;再循环1000次后，电极仍能保持稳定的电容，是一种理想的电化学电极材料。

采用CO2活化工艺对氮掺杂碳气凝胶(N-CA)的结构进行重整, 并系统研究了活化温度对活化氮掺杂碳气凝胶(N-ACA)孔结构及电化学性能的影响。利用N2吸附数据、X-光电子能谱(XPS)和元素分析对样品的结构及元素组成进行表征。结果表明, 随活化温度的升高, N-ACA的比表面积逐渐增大, 其含有的氮原子分数逐渐减少, 吡咯氮含量明显增加。利用循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)等测试技术评价了碳气凝胶样品在6 mol·L-1 KOH电解液中的电化学性能, 结果发现, 合理的孔结构与较高的吡咯氮含量是影响电容器比容量的关键因素。在5 mV·s-1扫描速率下测试950-N-ACA电极的比电容值高达267.4 F·g-1, 经1000次充放电后比电容损失值在1.5％以内。

采用γ射线辐射还原法, 在不同总吸收剂量条件下制备了金属Cu掺杂三聚氰胺-甲醛(MF)有机气凝胶复合材料。利用X-射线衍射仪(XRD)、电感耦合等离子体吸收光谱(ICP-AES)仪和扫描电子显微镜, 测试证实了辐射还原法能成功地在MF气凝胶中还原出金属Cu。扫描电子显微镜(SEM)图谱表明在100 kGy和200 kGy的总吸收剂量下, 在MF气凝胶中还原的金属Cu粒子的粒径较小, 不会形成金属团聚区, 而在较高的总吸收剂量下(大于200 kGy), 在MF气凝胶中还原的Cu会形成金属团聚区。N2吸附测试表明, 还原的金属Cu会堵塞MF气凝胶的一部分微孔和一部分介孔, 从而使样品的比表面积和吸附量降低。随着总吸收剂量不断增加, 经辐照后样品中金属Cu的含量也不断增加, 同时还会影响还原出金属Cu的分布和形貌。

采用化学气相沉积法制备了阵列碳纳米管薄膜, 对阵列碳纳米管的石墨化程度进行了系统研究。利用扫描电子显微镜(SEM)、拉曼光谱(Raman)对样品形貌以及结构进行了表征。探讨了不同实验参数对阵列碳纳米管石墨化程度影响的机理。结果发现, 在一定催化剂浓度范围内, 催化剂浓度过低时, 阵列碳纳米管的石墨化程度较差, 而随着催化剂浓度的增加, 阵列碳纳米管的石墨化程度逐渐变好; 生长石墨化程度较好的阵列碳纳米管需要合适的进液速度, 进液速度过低或过高都会使得碳纳米管的石墨化程度变差; 此外, 生长石墨化程度较好的阵列碳纳米管也需要合适的生长温度, 生长温度过低或过高都会使得碳纳米管的石墨化程度变差。

采用“纳米装填”技术和“熔化渗透”工艺成功制备了氢容量在硼氢化锂质量分数80%以上的硼氢化锂/碳气凝胶复合材料。并用扫描电镜、透射电镜、傅里叶红外透射光谱等手段表征了复合材料的结构与性能。发现硼氢化锂填充了碳气凝胶骨架孔隙的90%以上，形成均匀的复合材料。研究了复合材料的形成机制，发现硼氢化锂先进入碳气凝胶骨架的小孔，再逐渐填充大孔。这有利于材料晶粒的细化，提高吸放氢性能，减少结构缺陷。经放氢动力学测试表明，LiBH4/CRF复合材料的放氢速率是文献中LiBH4与活性炭的球磨样品的5倍。

以间苯二酚-甲醛为前驱体，通过加入P123以增强有机气骨架的方法，采用常压干燥技术制备碳气凝胶电极材料，有机凝胶在干燥过程中收缩率极大降低。通过二氧化碳活化法对常压干燥获得的碳气凝胶孔结构进行了调控。研究了不同温度对其结构的影响，获得了最高比表面积达3544 m2/g的碳气凝胶。6 mol/L的KOH电解液中测试表明，常压干燥碳气凝胶具有稳定的充放电性能，随着活化温度的升高，比容量逐渐增加，最高比电容可达261 F/g。常压干燥技术制备的碳气凝胶电极材料在降低生产成本的同时，仍具有理想的电化学性能。

以间苯二酚和甲醛为反应前驱体, 三聚氰胺为氮源, 通过溶胶-凝胶法制备出氮掺杂碳气凝胶(N-CA), 并对其进行CO2活化后得到活化氮掺杂碳气凝胶(N-ACA), 分别通过扫描电子显微镜、氮吸附、X-光电子能谱和元素分析研究样品的表面形态、孔结构以及含氮官能团的存在形态, 并利用恒流充放电(GV)、循环伏安(CV)、电化学阻抗谱等检测技术评价了其在6 mol·L-1 KOH电解液中的电化学性能。 实验结果表明: 丰富的孔隙结构和含氮官能团的存在形态是影响碳基电容器性能的决定性因素。 经CO2活化后的N-CA富含较多的的微孔和介孔, 比表面积高达4082 m2·g-1, 供电子能力较强的吡咯氮含量有所增加, 在1 mA电流密度下测试的比电容值高达211.9 F·g-1, 经1200次充放电后比电容值保持在98%以上。

采用无模板化学气相沉积法, 以二茂铁为催化剂, 二甲苯为碳源, 利用单温炉加热装置制备了定向碳纳米管阵列。运用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线衍射仪等对定向碳纳米管阵列的形貌、成分和物相进行细致的分析和表征。结果表明: 制得的碳纳米管阵列具有良好的定向性和多壁管状结构, 并且石墨化程度高; 碳纳米管中除碳元素外, 管中包含有少量以纳米颗粒和纳米线形式存在的铁及其化合物, 主要成分是铁和碳化铁。结合碳纳米管的制备和透射电子显微镜分析表征结果, 认为超长碳纳米管阵列的生长模式为底部生长方式, 即经历催化剂分解、催化、成核、长大、中毒、凝聚成粒和连接成线的循环过程, 正是由于碳源和催化剂的连续供应促成了碳纳米管阵列的快速定向生长。