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自从1991年被Iijima发现以来，碳纳米管(CNTs)因其优异的物理和化学性质，而成为人们广泛关注的焦点。垂直的碳纳米管阵列( VACNTs)是碳管的一种取向形态，其生长密度大、具有较大的比表面积和良好的导电性，从而有利于发挥其优良的性能。由于这些独特的性质，碳纳米管阵列已经广泛应用于电化学传感器和超级电容器的电极材料中。同时利用垂直的碳纳米管阵列修饰电极可以简化电极的制备过程，解决了传统滴涂法制备电极的局限性。在电化学传感器和超级电容器应用中，将碳纳米管和其它物质结合形成碳纳米管复合材料，不仅结合了组成成分的优异性能，而且还拥有两者之间的协同电化学性能。本论文主要对金属氧化物/碳纳米管阵列复合材料的制备以及在电化学传感器和超级电容器中的应用开展了一系列研究，取得了一些很有价值的成果。本论文的主要研究工作如下：
1、采用恒电势的方法制备了二氧化锰/碳纳米管阵列( MnO2/VACNTs)复合材料，并对该复合材料电催化氧化葡萄糖的性能进行研究，提出可能的电催化机理。与VACNTs电极相比，MnO2/VACNTs电极对葡萄糖电催化性能明显提高，葡萄糖从-0.20 V开始氧化，并且氧化电位负移了0.30 V，葡萄糖检测上限高达28.0 mmol/L，灵敏度高达33.2μA·(mmol/L)-1，而且对氯离子具有很强的抗中毒能力以及对抗坏血酸、多巴胺和尿酸具有良好的抗干扰能力。葡萄糖传感器具有灵敏度高，氧化电位低，稳定性好以及响应速度快等优点，因此，Mn02/VACNTs复合材料有望成为无酶型葡萄糖传感器的理想材料。
2、通过磁控溅射方法制备了氧化镍/碳纳米管(NiO/VACNTs)复合材料，并制备了无酶型高灵敏度以及高选择性的葡萄糖传感器，并对葡萄糖表现良好的电催化性能。在+0.50 V电位下，10.0μmol/L～15.0 mmol/L范围内葡萄糖浓度与电流呈现良好的线性关系，响应时间小于5秒，灵敏度高达120.4μA-(mmol/L)-1，检测限为2.0μmol/L。另外，该葡萄糖传感器有很好的重现性以及具有良好的抗干扰能力。因此NiO/VACNTs复合材料有望制备为无酶型葡萄糖传感器。
3、通过简单的化学还原方法在VACNTs上沉积了纳米结构的MnO2，并用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对MnO2/VACNTs复合材料进行形貌的表征，发现Mn02非常均匀且致密地沉积在碳纳米管阵列表面，MnO2表面具有像蜂窝一样的孔道结构。由于多孔结构的MnO2对H2O2极好的电催化能力以及碳纳米管阵列较大的比表面积和良好的电子传递性能，使H2O2传感器的性能大大提高。在MnO2/VACNTs复合电极上，大约在+0.55V处出现了H2O2的氧化峰，相比VACNTs电极，电位负移了0.20 V。在+0.45 V工作电位下测定了MnO2NACNTs传感器对H2O2的电流响应，在10.0μmol/L～5.5 mmol/L范围内H202浓度与电流呈现良好的线性关系，灵敏度为33.4μA·(mmol/L)-1，而且该修饰电极对H2O2响应迅速，检测下限可达到2.0μmol/L。实验证明MnO2/VACNTs电极对H2O2响应快，灵敏度高以及稳定性良好，可以作为无酶型H2O2传感器研究的参考。
4、结合MmO2和VACNTs材料的优点，利用上述方法制备了MnO2NACNTs复合材料，并用循环伏安法和计时电位法在1.0 mol/L硫酸钠电解液中研究了该复合材料的超电容性能。结果表明MnO2/ACNTs复合材料电极的电容比VACNTs电极有大幅度的提高。当MnO2的负载量为70％时，复合电极的质量比电容为电容大约为446.0 F/g，约是VACNTs电极(33 F/g)的14倍。MnO2/VACNTs电极良好的超电容性质，归结于多孔的MnO2所产生的赝电容以及较大比表面积的VACNTs所产生的双电层电容的有效结合。在MnO2/VACNTs复合材料中，蜂窝状的MnO2均匀分散在VACNTs表面上，增加了电极材料的有效活化面积，从而使活性点增加，因此提高了电极材料的电容。经过循环寿命的测试，MnO2/VACNTs复合材料具备了良好循环充放电性能和电容稳定性。