超级电容器具有比传统电容器高的能量密度和比二次电池高的功率密度，表现出较高的存储电荷的能力，且充电速度快，效率高，循环寿命长。此外，超级电容器还具有环境友好，使用温度范围宽，低温性能优越，安全性高等特点。然而，超级电容器目前面临的一个主要问题是能量密度较低，能量密度低意味着需要大量的电极材料，高的质量，大的体积，才可以实现高容量的输出，那么这导致超级电容器在实际应用中受到了较大的阻碍。

最近，我院低维材料与清洁能源创新型科技团队以碳纳米管（CNT）为基本骨架，通过模板法，以多巴胺为碳源和氮源，在模板二氧化硅的表面包覆了一层多孔碳层，最终构建出了双层中空碳管，经过冷冻干燥和水热等过程，成功制备出双层中空碳管与超薄二氧化锰片的复合材料（CNT@NCT@MnO₂）。

图1 CNT@NCT@MnO₂复合材料的合成示意图

研究发现，CNT@NCT@MnO₂应用于超级电容器方面时，具有较大的优势：该复合材料主要有以下几个方面的优点：(1)随着微观三维碳导电网络的建立，MnO₂复合材料的电荷传递速度加快，导电性能提高；(2)双层中空碳层为电子提供了连续的扩散途径，内部空隙为离子与碳提供了大量的有效接触位点，有利于碳材料对离子的吸附，从而大大提高了EDLC；(3)超薄MnO₂纳米片在多孔碳管表面生长，具有较高的比表面积，有利于法拉第氧化还原反应。因此，CNT@NCT@MnO₂作为超级电容器电极材料具有很大的优越性和良好的应用前景。最后，作者也通过机理分析发现，作为超级电容器的电极材料，该三维碳结构网络对离子和电子具有较迅速的传输作用，并使电容器表现出快速氧化还原反应的特性。 

图 2 CNT@NCT@MnO₂复合材料的电化学性能 

上述研究成果发表在材料科学国际著名期刊《Carbon》上（IF=7.082）, 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2018.11.034，第一作者为我校物理电子工程学院2017级硕士研究生王莹珲，通讯作者为罗永松教授。成果第一完成单位是信阳师范学院，合作单位有华中科技大学、香港科技大学、国家纳米科学中心等。此项研究工作是在国家自然科学基金、河南省高校科技创新团队、河南省高校科技创新人才支持计划资助下完成。