● 摘要
铂等贵金属具有优异的催化性能，应用广泛，在以多相催化和电催化的应用为基础的材料工业、现代化工、能源转换以及可持续发展中占据举足轻重的地位。但作为贵金属，铂系金属储量有限、价格昂贵，在很大程度上限制了其应用的推广。而相对铂等贵金属而言，过渡金属氧化物催化材料成本低廉，储量丰富，催化性高且易于化学合成。因此，从某些方面来说，过渡金属氧化物正是贵金属材料的可替换材料之一。锰基复合氧化物形貌易于控制，性质优良，因其特殊的原子排列方式及优异的催化性能而在有机合成、氯碱工业、低温燃料电池领域受到广泛关注。因此发展其多层次、多维度的组装方法并实现其性质功能的优化催化成为当前氧化物电催化材料的重要研究方向。
但锰氧化物也存在其相应的缺点，主要表现在导电性差，活性位点利用不充分，循环性能差，催化反应过程中自衰减现象严重等。众所周知，多元金氧化物在各方面性质较单一金属都有不同程度的提高。因此，锰氧化物与其他过渡金属或贵金属进行结合，进一步反应使其形成双金属氧化物，是一种合成锰基多元氧化物的方法。同时，新型准二维碳材料石墨烯的出现也能在一定程度上弥补锰氧化物的不足之处。
相对于锰氧化物的缺点，实现锰氧化物的多元化是解决办法之一；石墨烯导电、导热性好，循环性能稳定，且能做催化剂载体，与金属氧化物复合还能起到类似助催化剂的作用，也是解决锰氧化物缺点的优良方案。因此，利用两者优点，实现完美结合，进而合成石墨烯负载多元锰基复合氧化物并使其逐步成为能够贵金属替代材料是更好的可行方案。如何利用石墨烯材料的优异特性，在不减弱或尽量减免性质降低的前提下定向负载多元锰基氧化物，以达到性能最优化是解决上述问题的良好方案，将成为未来金属材料与石墨烯材料相结合的一个重要研究方向。
此外，随着能源问题的不断加剧，高效率的储能材料也是现代科学研究的一个热点。超级电容器因为具有高的能量密度，好的循环性，环境友好等特点被称为是黄金储能设备。
超级电容器的性能大多是由其电极材料决定，因而电极材料的选择，是重中之重。RuO2比电容高，质子转换率高，循环寿命良好，被认为是制备超级电容器电极材料的最佳选择。然而，同样作为贵金属，储量低，价格高，并且对环境有污染依旧成为限制RuO2大规模使用的瓶颈。而锰在地壳中储量丰富，二氧化锰(MnO2)对环境无污染，形貌可控，且理论比电容可达1100～1300 F·g-1，可作为RuO2的替代材料。因此，具有良好的应用前景。
本研究利用绿色、高效的合成技术成功制备了石墨烯/氧化石墨烯，MnO2纳米线，Mn3O4八面体，CoxMn3-xO4空心八面体以及石墨烯负载的多种锰基氧化物，通过XRD、SEM、EDS、TEM等手段对其进行表征，并利用电化学分析方法研究其相应的电化学性能。
论文主要工作包括：
（1）利用绿色、简便的合成方法，制备了石墨烯/氧化石墨烯，并能成功控制氧化石墨烯的氧化度。
（2）利用液相化学路线成功制备了MnO2纳米线，Mn3O4八面体，CoxMn3-xO4空心八面体以及石墨烯负载的多种锰基氧化物等，并通过XRD、SEM、EDS、TEM等手段对其进行了相关表征。
（3）利用电化学分析方法研究了MnO2纳米线，Mn3O4八面体及CoxMn3-xO4空心八面体的相关电化学性能。