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管状多孔碳材料具有独特的形貌、发达的孔隙结构和较大的比表面积,因此在能量储存、气体吸附以及水净化等领域有着广泛的应用,而其在超级电容器中的应用更是当下的研究热点。廉价的二氧化锰具有较高的电容性能,将其与管状多孔碳材料复合可以获得比管状多孔碳材料性能更佳的电化学性能。本文制备了具有较高体积比电容高的竹节状多孔纳米碳管,并进一步将其与二氧化锰复合以改进其相关电容性能。具体研究工作如下:(1)竹节状多孔纳米碳管的制备及其电容性能研究。本章先以二乙烯基苯为原料,通过阳离子聚合反应合成竹节状交联聚二乙烯基苯纳米管,再经过Friedel-Crafts反应进一步交联并引入含氧官能团,而后将双重交联的聚合物管直接热解得到氧掺杂的竹节状多孔纳米碳管(BCTF)。采用SEM、TEM、XRD、XPS、BET等分析测试手段对BCTF进行了表征,并将BCTF制成电极测试了其电容、能量密度等电化学性能。在最佳条件下制备得到的BCTF-900(热解温度为900oC)样品,其比表面积和总孔容分别为595 m2 g-1和0.37 cm 3 g-1,且同时具有微孔、介孔和大孔多级孔结构。在6 M KOH电解质中BCTF-900的体积电容可达到254F cm-3,在428 W L-1功率密度时体积能量密度为12.9 Wh L-1且在2 A g-1电流密度下循环10000次以后电容保留率为96.9%。(2)BCTF@MnO2复合材料的制备及其电容性能研究。以上面制备的BCTF-900为前体,将其与高锰酸钾反应,通过原位生长沉积法制备了BCTF与二氧化锰的复合物BCTF@MnO2。反应时间为1 h得到的[email protected]复合物具有最佳电化学性能。采用SEM、TGA、BET和电化学测试对所得复合材料进行了表征和电化学性能研究,所获得的[email protected]复合材料仍然具有管状结构,MnO2纳米颗粒主要在基体碳管表面负载,其比表面积和总孔容分别下降至293 m2 g-1和0.30 cm3 g-1。[email protected]复合材料在1 M Na2SO4电解质中的电容值为127 F g-1,同时此复合材料在478.7 W kg-1功率密度下的能量密度高达28.9 Wh kg-1,在2 A g-1电流密度下循环5000次以后其电容保留率可达81.1%。