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纳米纤维素是一种从天然纤维素中提取出的具有高比表面积、低密度、高强度以及高弹性模量等优异性能的天然高分子材料,兼具绿色无毒害、几乎取之不尽用之不竭的巨大优势,在电子设备以及储能器件领域拥有广阔的应用前景。然而,纳米纤维素作为一种绝缘材料,无法直接用于电子元器件或储能设备中,提高纳米纤维素基材料的导电性成为了一项重要课题。研究者们开展了大量工作以提高纳米纤维素基材料的导电性,其中将导电材料与纳米纤维素复合,或是将纳米纤维素进行炭化处理是两种主要方式。将石墨烯与纳米纤维素复合能有效提高纳米纤维素基复合材料电导率,并能充分利用纳米纤维素基体的结构特性,防止石墨烯片层间由于范德华力导致的重堆叠效应。本论文采用2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基(TEMPO)氧化法制备的纳米纤维素(TOCN)作为基体,分别与氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(RGO)以及经三乙醇胺法剥离的天然石墨烯(PG)制备了TOCN/GO、TOCN/RGO和TOCN/PG复合膜,对三种复合膜的结构与导电性做了深入研究;然后,制备了TOCN/PG和TOCN/GO复合气凝胶并进行了炭化,分别将炭化后的两种气凝胶作为工作电极,探究其在超级电容器领域的应用价值。具体工作内容与成果如下:(1)通过流延法制备了TOCN/GO、TOCN/RGO和TOCN/PG复合膜。红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)分析表明,TOCN通过氢键作用穿插在三种石墨烯纳米片的片层之间,形成了良好的层状结构。各项性能测试表明,三种石墨烯的加入都提高了TOCN基体的热稳定性,且添加量越高,热稳定性越好;当三种石墨烯的添加量达到10%时,复合膜的拉伸强度、弹性模量以及断裂伸长率都达到了最优;TOCN/PG复合膜的导电性最好,最高电导率达到了568 S/cm,而TOCN/GO复合膜的导电性基本处于绝缘体范畴。(2)采用TOCN和PG为前驱体制备了TOCN/PG复合气凝胶,并将其分别在惰性气氛下于750℃和1100℃进行炭化,得到了炭化TOCN/PG复合气凝胶(CTG-750和CTG-1000)。通过SEM等测试分析了炭化复合气凝胶的结构,发现CTG-750保持有较好的三维孔隙结构。经电化学测试发现,CTG10-750比容量最大,为134.09 F/g,并且5000次循环后容量保持率为98.89%。(3)采用TOCN和GO为前躯体制备了TOCN/GO复合气凝胶,再将其在惰性气体的保护下分别于750℃和1100℃进行炭化,制备了炭化TOCN/RGO复合气凝胶(CTRGO-750和CTRGO-1100)。SEM、BET等测试表明,CTRGO-750和CTRGO-1100都具有良好的三维网络结构。电化学分析表明,GO添加量在10%时获得了最佳的电化学性能,CTRGO10-750的比容量为342.63 F/g,10000次循环后容量保持率98.89%;CTRGO10-1100的比容量达到了361.74 F/g,且10000次循环后具有99.3%的容量保持率。