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随着社会经济的迅猛发展,人们对能源的清洁高效利用也提出了更高要求。超级电容器作为一种清洁、高效、安全的储能器件已经成为研究的热点之一。用于超级电容器的氧化物类电极材料,因具有理论比容量高、环境友好等特点,逐渐受到广泛关注。然而多数氧化物材料存在电子传输阻力大、循环稳定性差的问题难以实际应用,而氧化钌材料则因成本高等问题限制了其大规模商业化应用。对过渡金属氧化物进行纳米结构的设计,将氧化物团簇化、空心化及与廉价过渡金属异质复合是解决上述问题的重要思路。本论文的具体研究内容和结果如下:(1)采用氧化还原法,以RuC13和NaBH4为原料,通过控制反应体系的pH值、碳材料吸附和热处理过程,获得比表面积为158m2·g-1的团簇Ru02/rGO复合材料。系统考察了反应体系pH值和不同碳基体对合成Ru02团簇颗粒及电化学性能的影响规律。结果表明,当pH值为4.9时,制得2.0 nm左右的Ru02团簇颗粒,且可均匀地分散于碳基体材料的表面,不同碳基体负载RuO2团簇材料均具有比商业Ru02/C更高的比容量和更低的电阻值,其中Ru02·xH20/rGO纳米复合材料具有优异的电化学性能,比容量达1099 F · g-1。(2)采用油胺还原法、碳材料吸附、热处理过程和多晶银核自扩散机制,分别制得核壳结构Ag/Ru02/C和空心结构Ru02/C复合电极材料。对比分析了核壳结构Ag/Ru02/C空心结构和Ru02/C复合电极材料对氧化物材料电化学性能的影响规律。结果表明,空心结构Ru02/C为电化学反应提供了更多的电化学活性位点,有利于缩短离子扩散距离,降低电极阻抗,因而空心结构RuO2/C比核壳结构Ag/RuO2/C复合材料具有更高的比容量,其比容量达到805.8 F · g-1。(3)为减少Ru02的用量,降低材料的成本,以Cu金属核作为模板,利用种子生长法、油胺还原法和热处理过程合成出了空心结构的CuO/Ru02复合颗粒。深入分析了空心结构CuO/Ru02材料形成机理。结果表明,由于Cu晶相在Cl-和02的诱导下向颗粒外部扩散,Ru原子向内部扩散,Cu原子的扩散速度大于Ru原子,从而形成空心结构复合材料。进一步将该工艺拓展到其他过渡金属核体系,制备出了 Co,Ni,CuNi等空心复合氧化物,考察了不同复合氧化物材料电化学性能,其中含19.6 wt%Ru02的NiO/Ru02/C材料的比容量可达907.3F·g-1,优于商业Ru02/C等其它几种复合氧化物材料。(4)采用种子生长法和热处理过程制备了核壳十二面体框架结构CuO/Pt复合电极材料,深入分析了空心十二面体结构CuO/Pt形成的机理。结果表明,由于Cu核和Pt框架间的相互扩散,Cu原子的扩散速度大于Pt原子,以及O2对Cu核的刻蚀作用,从而形成空心结构CuO/Pt复合电极材料。同时对比分析了核壳结构和空心结构对CuO/Pt复合材料的比表面积和电化学性能的影响规律,其中空心结构CuO/Pt电极材料具有更高的比表面积、更低的电阻、更高的比容量和更好的倍率性能,这可能是由于空心结构CuO/Pt电极存在明显的微孔电极扩散效应,有利于提高材料比容量。