超级电容器因其功率密度高、安全性好等优点,而成为一种重要的电化学能量存储元件,在电动车和便携式设备等方面有着巨大的应用潜力。电极材料的设计对超级电容器至关重要,它直接决定了电容器的整体性能。在众多电极材料中,过渡金属化合物由于其独特的可逆氧化还原反应而成为重要的电极材料。本文一方面采用能发生多电子转移可逆氧化还原反应的过渡金属化合物磷钼酸(PMo₁₂)来改性质子酸介质电活性材料聚苯胺（PANI）,以提升聚苯胺的电容性质和倍率性能;另一方面采用高导电性、高稳定性的过渡金属化合物钴酸镍（NiCo₂O₄）来改性碱性介质电活性材料氢氧化钴镍(Ni_xCo_2x（OH）_6x),以提升氢氧化钴镍的倍率性能和循环性能。并且本文还对材料的合成机理、电化学储能原理等进行分析。鉴于以上研究目的确定本文主要的研究思路为:（1）采用能发生多电子转移可逆氧化还原反应的过渡金属化合物PMo₁₂来改性增强质子酸介质电活性材料PANI的电容性质,并辅以高导电性的氮化钛纳米线阵列（TiN NWA）为导电基底,形成磷钼酸/聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列电极材料(PMo₁₂/PANI/TiN NWA)。（2）采用既具有导电性又能发生可逆氧化还原反应的碳量子点-磷钼酸(CDs-PMo₁₂)改性质子酸介质电活性材料PANI,来提升PANI的电容性质和倍率性能,形成碳量子点-磷钼酸-聚苯胺纳米线电极材料(CDs-PMo₁₂-PANI)。（3）采用导电性高、稳定性强的过渡金属化合物NiCo₂O₄纳米花作为Ni_xCo_2x（OH）_6x的骨架支撑,来改性碱性介质电极材料Ni_xCo_2x（OH）_6x的循环稳定性和倍率性能,形成氢氧化钴镍/钴酸镍纳米花电极材料(Ni_xCo_2x（OH）_6x/NiCo₂O₄)。根据上述研究思路,本文主要章节摘要如下:（1）磷钼酸/聚苯胺/氮化钛核壳纳米线阵列的制备、表征及电化学储能研究设计制备了PMo₁₂/PANI/TiN NWA,以期利用PMo₁₂发生的多电子转移可逆氧化还原反应来改性PANI电容性质。PMo₁₂通过静电吸附作用固载于PANI膜内,提升PANI电容性质的同时,PMo₁₂极强水溶性的问题也得到了解决。高导电性的TiN NWA作为PMo₁₂/PANI膜的生长基底,形成了核壳纳米线结构的PMo₁₂/PANI/TiN NWA,可以提供更大的比表面积作为电化学反应活性位点、缩短反应离子扩散路径和促进电子传输,从而提升电极材料的电化学性能。PMo₁₂/PANI/TiN NWA在1 A g^-1时,比电容为469 F g^-1,高于PANI/TiN NWA,PANI等对比样品。并且文中还对PMo₁₂/PANI/TiN NWA的形成机理进行了分析。以PMo₁₂/PANI/TiN NWA为电极组装全固态对称型PMo₁₂/PANI/TiN超级电容器。在1.0和1.5 V输出电压下,电流密度为0.5 A g^-1时,比电容分别为79.8 F g^-1和69 F g^-1。在功率密度为375 W kg^-1时,能量密度可达21.6 W h kg^-1。同时,该电容器可以点亮一盏额定电压为1.8 V的红色发光二极管,表明PMo₁₂/PANI/TiN NWA电极材料展现了较好的应用性能。（2）碳量子点-磷钼酸-聚苯胺纳米线电极材料的制备、表征及电化学储能研究设计制备了CDs-PMo₁₂-PANI,通过既具有良好导电性又能进行可逆氧化还原反应的CDs-PMo₁₂改性PANI的电容性质和倍率性能。通过水热反应制备的CDs表面能形成羧基官能团,可作为PMo₁₂的吸附位点,形成CDs-PMo₁₂;再通过电化学聚合过程中,带正电荷的质子掺杂PANI与带负电荷的CDs-PMo₁₂发生静电相互作用,形成CDs-PMo₁₂-PANI。PMo₁₂起到PANI链与CDs之间的桥连作用。CDs-PMo₁₂均匀的分散在PANI体相之中可以促进快速电荷转移,同时具有相互交联纳米线结构的CDs-PMo₁₂-PANI可促进反应离子扩散,从而提升倍率性能。CDs-PMo₁₂-PANI显示了高比电容(1 A g^-1时比电容为479 F g^-1)、高倍率性能(电流密度为0.5-10 A g^-1时,电容衰减仅为初始电容的29.8%)和较高循环稳定性(在5 A g^-1下循环1000次后,电容保留率为初始电容值的68.1%)。并且对CDs-PMo₁₂-PANI的形成机理和电子传输和离子运输路径进行分析。以CDs-PMo₁₂-PANI为电极构建了全固态对称型CDs-PMo₁₂-PANI超级电容器。在输出电压1.5 V和电流密度为1 A g^-1时,比电容达到118.6 F g^-1,且展现了良好的倍率性能(10 A g^-1时电容保持率仍为初始容量的65.6%)。功率密度为750 W kg^-1时,能量密度为37.1 W h kg^-1。一个CDs-PMo₁₂-PANI超级电容器单元经过短暂充电后就能够直接驱动红色、绿色发光二极管和小型电风扇,表明CDs-PMo₁₂-PANI电极材料在能源存储领域具有应用价值。（3）氢氧化钴镍/钴酸镍纳米花的制备、表征及电化学储能研究设计制备了Ni_xCo_2x（OH）_6x/NiCo₂O₄,通过采用高导电性和高稳定性的NiCo₂O₄纳米花作为骨架支撑,以解决充放电过程中Ni_xCo_2x（OH）_6x电化学稳定性差的问题,改性Ni_xCo_2x（OH）_6x的倍率性能和循环稳定性。通过水热反应制备了具有独特纳米花结构的NiCo₂O₄;再通过电化学共沉积方法在NiCo₂O₄纳米花表面生长Ni_xCo_2x（OH）_6x,NiCo₂O₄纳米花作为Ni_xCo_2x（OH）_6x的骨架支撑,可以提供更多的表面积以分散Ni_xCo_2x（OH）_6x,从而形成Ni_xCo_2x（OH）_6x/NiCo₂O₄。Ni_xCo_2x（OH）_6x/NiCo₂O₄显示了高比电容(1 A g^-1时比电容为827.1 F g^-1)、高倍率性能(电流密度为1-50 A g^-1时,电容衰减了初始容量的42.9%,电流密度恢复到2 A g^-1时,比电容值恢复到初始值)和高循环稳定性(在20 A g^-1下循环2000次后,容量保留率仍为初始容量的97.8%)。优异的电化学储能性质归因于Ni_xCo_2x（OH）_6x和NiCo₂O₄都能提供赝电容,高导电性的NiCo₂O₄纳米花作为骨架支撑可以促进电子快速传输,使离子传输阻力最小化,缓解体积膨胀和结构破坏,从而显示优异的储能性质和稳定性,并且对Ni_xCo_2x（OH）_6x/NiCo₂O₄的形成机理和电化学反应原理进行了探讨。采用Ni_xCo_2x（OH）_6x/NiCo₂O₄为正极,高导电性的TiN纳米管为负极,分别采用3 M KOH水系电解质和KOH-PVA凝胶聚合物电解质制备了Ni_xCo_2x（OH）_6x/NiCo₂O₄//TiN水系和全固态超级电容器。水系电容器在电流密度为0.5 A g^-1时,比电容值为64.1 F g^-1;功率密度为375 W kg^-1时,能量密度为20.0 W h kg^-1。而全固态电容器在电流密度为1 A g^-1时,其比电容为78 F g^-1;功率密度为900 W kg^-1时,能量密度为35.1 W h kg^-1。在全固态超级电容器进行短暂充电即可点亮红色和绿色发光二极管,表明Ni_xCo_2x（OH）_6x/NiCo₂O₄电极材料具有很好的应用前景。