二氧化锰（MnO₂）纳米材料因其物理化学性质，如高比表面积、丰富的活性位点和良好的电化学性能，被应用于催化、能源存储、环境治理和生物医学等领域。然而，MnO₂的本征电导率较低，限制了其在一些高性能应用中的表现。为了克服这一限制，将MnO₂与碳基材料复合，利用碳基材料的高导电性和良好的机械性能，提升了复合材料的综合性能。

复合制备方法

1. 电化学沉积法

制备原理：通过电化学氧化Mn²⁺在碳基底上沉积MnO₂，结合后续溶剂热处理引入Mn³⁺缺陷。
2. 水热/溶剂热法

制备原理：利用高锰酸钾与碳基材料（如碳量子点、石墨烯）的氧化还原反应，在高温高压下原位生成MnO₂。
3. 溶胶-凝胶法

制备原理：将锰盐与碳源（如葡萄糖、石墨烯氧化物）混合形成溶胶，经干燥与热处理得到复合材料。
4. 高温煅烧法

制备原理：通过尿素分解产生的还原性气体将MnO₂部分还原为MnO，同时引入碳包覆层。

性能提升机制

1. 电化学性能优化

导电性提升：碳基材料的高导电网络促进电子传输，如MnO₂/CNT复合材料电导率提升3个数量级。

比表面积扩大：碳基材料的孔隙结构为MnO₂提供更多活性位点，如活性炭负载γ-MnO₂后比表面积达300 m²/g。

结构稳定性增强：碳包覆层抑制MnO₂体积膨胀，如MnO@Sn@C复合材料在锂离子电池中循环3000次后容量保持率92.17%。

2. 催化活性增强

协同催化效应：MnO₂的氧化还原性与碳基材料的吸附性结合，如MnO₂/石墨烯复合材料在甲苯氧化中T₉₀降低至200℃。

电子转移加速：碳基材料促进O₂吸附与活化，如MnO₂/碳量子点复合材料在CO氧化中起燃温度降低至75℃。

3. 吸附能力提升

孔隙结构优化：碳基材料的多级孔道促进离子扩散，如MnO₂/活性炭复合材料对重金属离子的吸附容量达200 mg/g。

表面官能团修饰：氮掺杂碳基材料增强对极性污染物的亲和力，如N掺杂生物质碳负载γ-MnO₂对Pb²⁺的去除率98%。

MnO₂纳米材料与碳基材料的复合制备方法多样，通过电化学沉积法、水热/溶剂热法和溶胶-凝胶法等方法，可以制备出具有良好性能的复合材料。这些复合材料在电化学、催化和生物医学等领域展现出应用前景。