水热合成Co3O4@MnO2纳米片多层次复合纳米结构用于超级电容的研究(4)
1.3.2 金属氧化物/氢氧化物
通常来说，金属氧化物可以提供相比传统的碳材料电极更高的比容量，同时具有与导电聚合物相比更好的循环稳定性。它们不仅通过双电层机制像平板电容那样来存储电荷，而且还能在合适的电压下采用法拉第赝电容机制像电池那样来存储能量[15]。
采用金属氧化物作为超级电容器电极材料的要求基本如下[8]：（1）氧化物应该具有一定的导电性。（2）在一定的范围内金属元素可以在多个价态下共存并保持整体的三文结构基本不变。（3）质子可以自由的插入氧化物晶格的层间并发生还原反应。目前为止，适宜作为超级电容电极材料使用的主要金属氧化物有氧化钌、氧化锰氧化镍、氧化钴、氧化钒等。
1.3.2.1 氧化钌
在过渡金属氧化物中，对氧化钌的研究最为详细。这是因为氧化钌有着较为宽泛的工作电压窗口，良好的可逆性，在1.2V下能有三个价态共存，较高的质子迁移率，类金属导电性，高理论容量以及长寿命。对于氧化钌电极，双电层只贡献10%的电容，而赝电容则占了绝大部分[16]。
氧化钌在酸性及碱性条件下分别发生不同法拉第反应来提供赝电容。经过150℃处理的 在 电解液中最大可以提供 的比容量，,由于质子迅速吸收电子，发生如下反应:
而在碱性环境下，经200℃处理的 可以提供约为 的比容量。当充电时 被氧化成 当放电时又被还原成 。尽管氧化钌具有极高的比容量，但其自身固有的缺点例如价格昂贵，污染环境等限制了其作为超级电容电极商业化进程。作为一个替代的解决方案，学者们致力于寻找一种廉价，环保同时又能像 那样提供较高比容量的电极材料。结果发现，氧化锰，氧化镍，四氧化三铁以及氧化钒可以担当此重任。
1.3.2.2 氧化钴和氢氧化钴
氧化钴作为电极材料的优势在于高比表面、良好的可逆氧化还原反应、较高的理论比容量以及循环稳定性。氧化钴作为赝电容类型超级电容电极材料的工作机理如下：
氧化钴（氢氧化钴）的比容量在理论上可以达到 目前，主要通过水热反应和溶胶凝胶法来制备 ，常见的微观形貌有纳米线，纳米棒，纳米颗粒等。最新报道显示在制备 石墨烯复合材料是在 的放电电流下可以达到 。在相同碱性溶液中， 一般具有比 更高的比容量，Lin[17]曾等提出一种合成氧化钴溶胶的新方法，可以获得孔径形貌可控的 凝胶。 Liu[18]等在金属基底上直接之辈 薄膜，也可以获得较为客观的比容量。
1.3.2.3 氧化镍
在廉价且环境有好的超级电容器时中，对氧化镍受到了关注，其电极体系一般为 ，形成赝电容的法拉第氧化还原反应为:
闪星等[19]曾先用沉淀法制得 ，经热处理后 作为电极材料时在碱性环境下其比容量可达110 ;王晓峰等人通过水解反应制得 ，热处理后得到高比表面积的 ，其比容量达240 , Liu[20]用sol-gel法制得的多孔 水合物作为电极材料，比容量可达265 。 Srinivasan等[21]通过电化学沉积法得到 ，经退火后得到多孔氧化镍，比容量为240 。
1.3.2.4 氧化锰
作为本课题的主要研究对象，锰氧化物在具有低毒，低成本，高环境安全性等优点时具有较高的理论比容量（ ），从而引起了学者利用其作为超级电容的浓厚兴趣，
氧化锰的容量主要来自赝电容，在合适电压下发生质子或其它阳离子的吸附以及氧化锰自身在 (Ⅱ)， (Ⅲ) (Ⅳ)等价态下发生过度起到了关键的作用。其基本原理如下方程所示：