電活性功能材料（electroactive functional material, EFM）是一類電子-離子的混合導體，既能傳遞電子又能傳遞離子。將其沉積在電極表面或導電基體上構成外部電路（電子導體）與溶液（離子導體）之間的媒介，通過電位調節(jié)可以控制其氧化/還原狀態(tài)轉換，實現充放電過程。為維持電活性功能材料的電中性，所轉移的電荷通過離子的置入和釋放得到補償。該類材料在離子選擇性電極、電活性離子交換膜、生物/電化學傳感器、電催化以及二次電池等新技術領域有著廣闊的應用前景，特別是基于電活性功能材料發(fā)展起來的新型電化學控制離子交換技術（electrochemically switched ion exchange, ESIX）、電化學超級電容器（electrochemical supercapacitor, ESC）和電解水制氫等在應對日益突出的環(huán)境和能源問題時，展現出獨特的技術優(yōu)勢。

材料的結構決定其性能。電活性功能材料的優(yōu)良性能主要取決于其微觀結構，在保證電子導電性的同時，盡可能多地暴露可靠的活性位點，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構和性能的根本因素是選擇適宜的合成方法。因此，研究合成方法對電活性功能材料結構和性能的影響規(guī)律是該領域的熱點之一。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、有機導電高分子聚合物、無機變價金屬化合物等。其中碳材料化學性質比較穩(wěn)定、導電性好，但離子交換容量較低；導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；金屬變價化合物同樣具有贗電容特性，表現出較高的離子交換容量，但存在酸堿適應性較差、電阻較大等問題；有機/無機復合（雜化）電活性功能材料通過協(xié)同優(yōu)化改善其結構和機械性能，顯示出快速的離子傳遞能力和良好的化學穩(wěn)定性等。近年來，關于新型復合電活性材料的研發(fā)備受關注，為高性能EFM的開發(fā)提供了一條重要的思路，并成為該領域的又一研究熱點。

本書匯集近五年課題組及作者在日本弘前大學北日本新能源研究所留學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用為主線，結合國內外相關參考文獻及本課題組的科研特色，較系統(tǒng)地介紹有機、無機、有機/無機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、超級電容器以及電解水制氫等方面的開發(fā)與應用，重點介紹了本課題組研發(fā)的單極脈沖電沉積（聚合）技術可控制備特定結構電活性功能材料的新方法，同時提出了一些新的電活性材料的設計思路和解決問題的機制。全書共分四章，詳細介紹了電活性功能材料的制備技術、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，具有較強的指導性和實用性，可供從事電活性功能材料領域的工程技術人員、科研人員和管理人員參考，也可供科研院所、高等學校環(huán)境化學工程、能源化學工程以及相關專業(yè)師生參閱。

本書研究工作得到了國家自然科學基金（No.21776191、No.21476156、No.21276173）、山西省重點研發(fā)計劃國際科技合作項目（No.201803D421094）等項目以及日本產學共同研究項目（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、李修敏參與了相關工作，郝曉剛、官國清、薛春峰老師給予了指導，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間緊湊，不妥和疏漏在所難免，懇請專家、學者和工程技術人員批評指正。



馬旭莉

2019年4月