题目：金属氧化物/炭复合纳米电极制备与性能研究

随着新能源、电动汽车和便携式电子产品的飞速发展，电化学储能技术将在人类社会和生活中发挥越来越重要的作用。在诸多电化学储能体系中，超级电容器（兼具传统物理电容器的高功率密度及传统化学电源的高能量密度的优点）和锂离子电池（具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率低、“绿色”环保等众多优点）均为电化学储能领域的研究热点。

本文综述了超级电容器和锂离子电池的储能机理、性能特点、研究现状和发展趋势；创新利用一步电泳沉积法，再经过后续的热处理工艺，制备出一系列核壳结构的金属氧化物@多壁碳纳米管（MWCNT）复合纳米电极材料，提出了材料合成的电化学机理，并对所制备的复合材料进行了系统的物性表征和电化学性能测试；另外，还利用阳极电沉积法制备了一系列的纳米形貌MnO2膜材料，包括MnO2纳米墙阵列和纳米棒阵列，研究了其电化学电容性能。主要内容如下：

1）利用一步电泳沉积法及后续的热处理工艺，制备出一系列具有三维纳米多孔网络结构形貌的金属氧化物@MWCNT共轴纳米电缆复合膜电极材料，其中金属氧化物纳米颗粒均匀的包覆在MWCNT构成的网络骨架上，并提出了“微阴极诱导包覆机理”来解释核壳结构的形成机理。所制备的金属氧化物/炭复合纳米电极材料均表现出优异的电化学性能，可归因于其结构优势：MWCNT核相互连接在一起能提供快速电子传输通道，同时作为结构稳定骨架有利于电化学循环稳定性；三维纳米多孔网络结构的形貌能提供离子快速传输通道；金属氧化物纳米颗粒包覆在MWCNT侧壁表面具有更大的活性表面等。

2）利用一步电泳沉积法及后续的热处理工艺，制备出了三维纳米多孔网络结构的α-MnOOH@MWCNT共轴纳米电缆（MMCNC）复合膜电极材料，作为超级电容器电极材料表现出优异的电化学电容性能，比电容最高达327 F g-1，并具有优异的功率性能和循环稳定性。通过改变沉积时间，可以调控MMCNC膜单位面积的质量载量和电化学电容性能。

3）利用一步电泳沉积法及后续的热处理工艺，制备出了分级多孔的Co3O4@MWCNT共轴纳米电缆复合膜电极材料。通过改变Co-源与MWCNT的质量比，可以改变Co3O4壳层的厚度和复合膜的形貌，其中Co3O4@MWCNT-4样品的比表面高达156 m2 g-1，具有最佳的分级多孔结构，表现出最佳电化学储锂性能，比容量高达1109 mAh g-1，同时具有优异的循环稳定性。

4）利用一步电泳沉积法及后续的热处理工艺，制备出了三维纳米多孔网络结构的Ni/Ni(OH)2@ MWCNT纳米电缆（NMCNC）复合膜电极材料。由于材料结构上的优势，所制备的NMCNC膜在5 A g-1的电流密度下，比电容高达1642 F g-1，电流密度增加到100 A g-1时，比电容仍高达895 F g-1。在5 A g-1的充放电电流密度下循环1000次，容量保持率为91%。

5）利用一步电泳沉积法及后续的热处理工艺，制备出了Fe2O3@MWCNT复合膜电极材料，其中α-Fe2O3纳米颗粒弥散分布在MWCNT的侧壁上，具有三维纳米多孔网络结构的形貌。作为锂离子电池负极材料，在1 A g-1的电流密度下首次放电容量为569 mAh g-1，并具有优异的功率性能和循环稳定性。作为超级电容器电极材料，在1 A g-1的电流密度下具有高达92 F g-1的比电容。

6）利用电化学阳极电沉积工艺在镍片上沉积出了纳米结构的MnO2膜，包括连续的膜、纳米花、纳米墙和纳米棒阵列。其中MnO2纳米墙阵列在1 A g-1电流密度下比电容最高达252 F g-1，并且功率性能较好，但是循环稳定性较差；MnO2纳米棒阵列在1 A g-1的电流密度下比电容为152 F g-1，兼具有较高的比电容和稳定的循环性能，有望成为新一代超级电容器的备选材料。