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超级电容器具有超高的功率密度、较长的循环寿命、较宽的工作温度范围以及使用安全等诸多优点，作为一种重要的能源装置已经被广泛地应用于日常电子消费品、电动汽车及军事等各个领域。但与传统的二次电池相比，其能量密度较低，这主要受制于电极材料较低的比电容。其中，双电层电容材料具有良好的导电性能，但其比容量受储存方式的限制而较低。赝电容材料相对于双电层电容材料有着更高的理论比容量，是获得高能量密度超级电容器的有效选择。然而，赝电容材料使用成本较高、材料利用率低、导电性差导致的倍率及循环性能不理想等问题均制约了其进一步的应用与发展。基于以上调研，论文以廉价的过渡金属氧化物/氢氧化物以及石墨烯为研究对象，通过构筑多孔杂化材料，一方面提高其导电性，另一方面提高活性材料的利用率，进而提高材料的电化学性能。 本论文的主要研究内容分为以下几个部分: (1)石墨烯/氧化镍复合材料的构筑及超级电容性能研究 采用简单的一步法将氢氧化镍原位负载在石墨烯的表面，氢氧化镍经热处理之后得到氧化镍。利用金属离子锚接在石墨烯表面而使其颗粒生长得到抑制，获得了均匀分散的氧化镍纳米颗粒，使比表面积及电化学反应活性位点增加，并利用石墨烯的导电网络促进了电子的传输。考察了原料比、热处理温度对石墨烯/氧化镍复合材料结构的影响，探索合成机理。经过优化，当GO与硝酸镍的质量比为1∶4，热处理温度为250℃时，复合物的最高比容量可达到1290F g-1，在4Ag-1的电流密度下比容量依然保持在1130Fg-1，经过5000次循环测试容量保持率为95.9％，展示了较高的循环稳定性及倍率性能。 (2)石墨烯/碳纳米管/氧化镍三元复合材料的制备及超级电容性能研究 采用温和的液相反应制备结晶性良好的石墨烯/碳纳米管/氧化镍(RGO/CNTs/NiO，GCN)三元复合材料作为超级电容器电极材料。GCN材料具有CNTs和RGO的双重优势。其中，CNTs可以有效地防止RGO/NiO的团聚，同时由于其优良的导电性更是提高了复合材料的电子传输性能。石墨烯的限制作用使得NiO纳米颗粒尺寸下降并均匀分布，从而产生更多的活性位点发生储能反应。均一的结构和优良的导电性使得GCN相比于RGO/NiO和CNTs/NiO复合材料展现了更加优异的电化学性能。其比容量在1Ag-1下可达1180 F g-1，在4 Ag-1下比容量仍然在1000 Fg-1以上，经过2000次充放电循环测试后容量保持率高达95％。说明，GCN是储能器件电极材料的良好选择之一。 (3)石墨烯/镍钴二元氧化物复合材料的制备及超级电容性能研究 采用温和的液相反应制备高比容量石墨烯/镍钴二元氧化物复合材料(G-NCO)并用于超级电容器中。G-NCO在石墨烯（Reduced Graphene Oxide，RGO）和镍钴二元氧化物(Nickle Cobalt Oxide，NCO)的协同作用下，获得了良好的性能。RGO的表面官能团有助于NCO纳米颗粒在石墨烯上的均匀分布并提高电子在电极材料中的传输能力。NCO具有比单一组分的NiO或Co3O4更多的活性位点，使得更多的电化学反应得以发生，因而大大提高了比容量。此外，较好的结晶性、颗粒均匀分散的结构以及增强的电荷传输能力使得G-NCO相比于G-NiO和G-Co3O4具有显著增强的电化学性能。经过调控，镍钴摩尔比为2∶1时，性能达到最优。G-NCO的比容量在1Ag-1下高达1750 F g-1，在4Ag-1下经过10000次充放电循环测试容量保持率为79％(900/1138 F g-1)。进一步地，将G-NCO作为正极材料、活性炭为负极材料组装了非对称超级电容器，该器件在800Wkg-1的功率密度下最高的能量密度可达37.7 Whkg-1，显示出G-NCO复合材料在高性能储能器件上具有一定的应用前景。 (4)模板法制备三维多孔镍钴二元氧化物复合材料及超级电容性能研究 采用模板法在温和条件下合成了具有三维多孔结构的钴酸镍氧化物复合材料(NCO)，并将其作为超级电容器电极材料研究。以SiO2溶胶作为模板来阻止NCO在生长过程中的团聚现象并构筑具有高比表面积的多孔结构。通过控制SiO2溶胶和起始NCO的质量比来调控产物的组成与结构。当SiO2与NCO的质量比为1∶2时，去除模板后得到三维多孔网络结构材料，即NCO-2。在多孔结构和二元氧化物体系的协同作用下，NCO-2较无模板法制备的钴酸镍和其他SiO2溶胶用量下制备的钴酸镍具有更优越的电化学性能。其比容量在1Ag-1下可达1389 F g-1，在4Ag-1下比容量仍然高达1090 F g-1，经过2500次充放电循环测试后容量保持率为80％。其比容量及稳定性能均高于文献中已报道的钴酸镍复合物的性能。 (5)镍网/石墨烯/镍钴二元氢氧化物无粘结剂电极的制备及超级电容性能研究 通过化学气相沉积(CVD)和电化学沉积(ED)过程制备无粘结剂的三维多孔镍钴二元氢氧化物(Nickle Cobalt Hydroxide，NCH)超级电容器电极。在镍网上通过CVD制备高质量的石墨烯，并覆盖镍网的表面使其更加适合三维多孔NCH的生长以及获得更高的导电性。片状NCH构成三维结构可以有效地提高电子的传输能力，同时增加与电解液接触的活性位点。NCH/G/NF电极的形貌和电化学性能可以通过改变沉积条件，如沉积电流密度、沉积时间、沉积液中离子比等来调控。在上述因素的协同作用下，成功地得到了高比容量、高倍率及循环性能的电极。在2Ag-1下达到1410 Fg-1;当电流密度增加到4Ag-1时，容量仍保持为1328 Fg-1，容量保持率高达94.2％。经过2500次循环测试，容量保持率为92.1％，这一性能要高于文献中报道的传统方法制备的电极性能。进一步研究实际应用效果，以NCH11/G/NF作为正极、活性炭作为负极组装非对称超级电容器。该器件在750 W kg-1的功率密度下展示了最高的能量密度，可达33.75 Whkg-1，说明性能优异的无粘结剂电极在高能量储能上具有十分广阔的前景。