二氧化钌(RuO₂)具有比能量高、内阻低、电化学窗口宽和化学稳定性好等优点，是性能优良的超级电容器电极材料。然而Ru资源稀缺，价格昂贵。进一步提升RuO₂作为电容器电极材料的性能和降低贵金属用量、节约成本是当前基于RuO₂电极材料研究工作的重点。

增加比表面积和与合适的过渡金属或基体材料复合是提升RuO₂作为超级电容器电极材料性能和降低贵金属Ru用量的两个有效途径。前者能提供更多的金属活性位点用于体相中发生氧化-还原反应而产生高的吸附电容；后者可以在保持电容器高比电容特性的情况下降低贵金属Ru的用量。将RuO₂制成薄膜，担载于具有高比表面积的载体，或制成微细的颗粒等都可以有效增加RuO₂电极材料的比表面积。尽管这些策略可以使获得的RuO₂电极材料具有优异的性质和较高的比电容，RuO₂用作超级电容器的商业化电极材料仍面临很多挑战。其一是颗粒过小，颗粒非常容易团聚，稳定性难以保持；其二是多次充放电过程中在RuO₂颗粒内不可避免地产生内应力作用，常常引起电极材料的坍塌，难以长期使用。

中国科学院过程工程研究所杨军研究员课题组设想将RuO₂制成中空结构并调控壳层的厚度和组成，来增加RuO₂作为电极材料的比表面积、节约Ru贵金属的策略。中空结构可以利用内表面，从而提供更多金属活性位点供氧化-还原反应发生，调控的壳层厚度也可以缩短质子在RuO₂体相内的传输距离。此外通过合成技术的创新，在RuO₂的壳层添加其它廉价的过渡金属，不仅可以进一步节约贵金属用量，其产生的复合效应还可能进一步提高电极材料的超电容特性。针对这一设想，杨军研究员和谭强强研究员课题组合作，将电置换反应与一种热处理过程相结合，发展了一种具有普适性的途径来制备RuO₂基二元和三元氧化物纳米中空结构，并测定了其作为超级电容器电极材料的性能。

结果表明，采用KOH为电解质，在RuO₂的质量分数仅为19.6%时，所获得的负载于碳纳米管表面的中空NiO-RuO₂纳米结构在恒电流密度为1A g⁻¹时具有740 Fg⁻¹的比容量，并且具有良好的循环稳定性。在恒电流密度为5 A g⁻¹时，比容量仍可以保持在638.4F g⁻¹。他们以RuO₂提高过渡金属的导电性，以过渡金属降低RuO₂材料成本并结合中空结构增加材料表面积的思路可以借鉴用来制备其它金属氧化物体系以满足特定应用的需求。

该研究成果发表在国内新创办的英文期刊Science China Materials（《中国科学：材料科学》，原文链接(http://link.springer.com/article/10.1007/s40843-016-5057-8)。该研究工作得到了国家自然科学基金、中国科学院知识创新和中国科学院过程工程研究所介尺度研究中心项目的支持。