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迄今为止，碳材料比如活性碳、介孔碳、碳纳米管和石墨烯等，均是超级电容器优选的材料。因为碳材料的成本低廉、高比表面、良好地导电性能和化学稳定性。许多科研人员也通过增加表面积和调节孔的结构来开发先进的碳材料，但是均没有起到很好的效果。像石墨烯材料，有良好的导电性和化学稳定性。但是由于它有限的可用表面积，在实际应用中的石墨烯的比电容和功率仍然不能令人满意。联系到本次实验，另一种提高碳电极电化学容量的方法是通过掺杂杂原子（例如N，S，P，B)。最近也有研究表明，氮掺杂似乎是通过引入赝电容效应机制的一个增强碳的电容性能的最有前途的方法。并且氮掺杂可以提高湿润性、碳材料的电子导电性、循环耐久性和基于碳的超级电容器功率密度。因此本实验也是，以氮掺杂原则，通入氮气的情况下制备多孔碳/氧化锰活性电极，提高电容器的电化学性能。
除了以上所述的碳材料之外，具有着相当优异赝电容性能的过渡金属氧化物也被认为是一类重要的超级电容器用电极材料，常见的过渡金属氧化物有RuO2∙xH2O、Ni Ox、Bi2O3、MnO2、V2O5、Co Ox、MoO2等。在上述过渡金属氧化物之中，二氧化锰因为其高理论的容量（大约1360F•g-1）、成本低廉、有益于环境也被用作研究。但是二氧化锰的慢离子迁移妨碍电容的充放电速率和能力。为了提高它的性能和实现活性物质的完整利用率。设计纳米结构的MnO 2是很重要的。例如超薄的MnO2纳米片阵列已被制作在泡沫镍作为先进的超级电容器电极，呈现出高的比电容大约有（591.2F•g-1），还有良好的倍率性能和优异的循环稳定性，几千次循环后有百分之八十几的容量保持率。
近年来许多以纳米材料为基础的氧化物材料作为电极材料的活性物质受到了广泛的关注因为他们不错的物理化学性质，比如表面积大、分级多孔结构和高的电子传导。由于其纳米结构的表面积比较大，不仅可以对电极/电解质区域进行增强，还可以提供氧化还原点位点。此外，在循环过程中，丰富的孔隙率可以为电子和离子提供大量快速的传输通道。氧化物可以通过微波辅助方法可以与许多结构形貌样如纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米管、纳米片等结合。
1.2 Mn Ox基超级电容器
1.2.1 氧化锰超级电容器研究进展
那么氧化锰基超级电容器在国内外的研究和进展是怎样的呢？对于氧化锰材料来说虽然它拥有理论高于普通材料的容量，相对于普通材料更低的电压滞后，低成本，和有益于环境的优点。而且氧化锰材料已经被证实了是一种在锂电子电池的应用中很有潜力的正级材料。但氧化锰材料应用于实际电极材料仍有许多障碍，比如说充电/放点过程差的循环稳定性和巨大的体积膨胀。针于此，我们为了超细氧化锰纳米晶体能够存在于多孔碳基体上提出了一个轻便的和可扩展的金属有机骨架化合物框架。作为一个锂离子电池的正级材料，因为氧化锰纳米晶体的纳米孔增加活性位点来存储氧化还原离子和增强离子扩散。所以这些氧化锰和碳的复合材料在100mAg-1的电流密度下经过100次循环仍然能够显示出高可逆性而且容量高达1221mAhg-1。为何氧化锰材料能够有这么优秀的电化学性能呢？因为他们独特的结构和氧化锰的纳米晶体分散均匀的多孔碳基体，其可以很大程度提高导电性和有效避免氧化锰纳米晶体的聚集，并且缓解在充电/放电过程所引起的体积变化。这个经济战略容易实现和形成，并且将会扩大金属有机骨架化合物框架的合成在其他超级电容器能量存储中的应用。
研发高性能电极材料是为了下一代锂离子电池在电动交通工具上的一系列的应用。近日，过渡金属氧化物（TMOS)已经被深入研究作为有前途的正级材料，相比于商业石墨来说过渡金属氧化物理论容量还是蛮高的。在过渡金属氧化物（TMOS）中，氧化锰由于其优异的电化学性能被引起广泛的注意。特别是，他的高理论容量，低电压滞后，低成本和有益于环境的优点，使之成为锂离子电池的一个很有前途的正级材料。然而，像其他过渡金属氧化物（TMOS）一样，氧化锰应用于实际电极材料仍受阻于锂离子和电子缓慢扩散引起活性材料和容量的快速衰减，导致充电/放点期间循环稳定性差和巨大的体积变化。因此，尽最大努力去搜索以氧化锰为基础的独特结构的电极材料以解决电极材料固有导电性差和循环时巨大的体积变化。其中一个最有效的方法是镀膜和混合氧化锰材料与先进碳材料，这样可以增加功率和能量密度和改善循环稳定性。这是因为碳材料可以极大增强氧化锰的电导率，充放电过程碳基体弹性特质可有效缓解其中体积的变化。因此，准备一种新奇的并且独一无二的氧化锰和碳混合结构是非常重要的。它可以提高电极材料活性物质的原子利用率并且满足他们实际的应用。尽管多孔碳/氧化锰的复合结构和超细的氧化锰纳米晶体在多孔碳均匀分布基质已经被成功报道。但是呢，作为锂离子电池有前途的正级材料来说，仍然非常具有挑战性。如果纳米结构的氧化锰可均匀嵌入多孔碳基质结构中，那么这将是得到高性能的氧化锰基电级材料最有效的方法之一。