超级电容器作为一种新兴的环境友好型电能存储装置,显著特点为功率密度高、循环稳定性好,但能量密度仍有待提升。如何在充分保持优势的同时,提升超级电容器的能量密度是当前研究的重点,关键在于高性能电极材料的设计和构建。石墨烯由于大比表面积、高导电性等众多特殊的化学和物理特性,已被证明是潜在的理想超级电容器电极材料。但石墨烯的二维（2D）片层结构极易发生堆垛,阻碍电荷输运,造成性能的衰减。构筑三维（3D）多孔结构石墨烯电极,有望成为新的解决方案。然而,3D石墨烯的传统合成策略,往往需要昂贵的泡沫金属模板或者复杂粉状石墨烯组装流程,不利于广泛的商业化生产。高能束流诱导制备法,通过高能束流（如激光、电子束等）轰击在聚合物、生物质等含碳基底上,诱导其表面原位碳化生成多孔石墨烯膜,已成为新兴的快速、绿色制备3D多孔石墨烯的有效方案。激光是目前研究中使用最多的高能束流,而激光诱导石墨烯（LIG）电极,仍然面临活性位点相对较少、孔径分布难以调节、石墨烯膜厚度有限等诸多不足,极大地制约了 LIG电极的超级电容性能。针对以上问题,本论文首先从LIG电极的掺杂改性方面入手,利用前驱体原位复合并结合激光诱导技术,制备了氮掺杂LIG。通过引入异质原子,可以显著增加LIG的活性位点,进而增强LIG电极的超级电容性能。另一方面,超级电容器电极的孔径分布也是影响其电容性能的关键因素。所以,进一步从LIG材料本身的孔径分布入手,通过引入孔径小于1nm的极限纳孔,依靠去溶剂化增强效应,提升LIG电极的超级电容性能;最后,考虑到激光在制备效率、作用深度等方面的不足,本文首次成功地利用高能电子束代替激光作为能量源,在聚合物上诱导制备了高晶体质量的毫米级宏观厚度的多孔石墨烯膜,由其构建的超级电容器电极,展示了出色的双电层电容特性。主要研究内容和进展如下:（1）氮掺杂型LIG电极材料的制备及超电应用。设计制备了三聚氰胺/聚酰亚胺（M/PI）复合薄膜,在对M/PI薄膜进行激光诱导的过程中,三聚氰胺热解而成的氮元素掺杂进入石墨烯结构中,实现了激光诱导氮掺杂石墨烯（N-LIG）电极材料的快速、原位制备。N-LIG相比于未掺杂的LIG,电化学性能得到了显著提高。当聚酰氨酸（PAA）前驱体中的三聚氰胺添加量为6wt%时,所得N-LIG电极在1 M H2SO4为电解液的三电极体系中,0.4 mA cm-2电流密度条件下,面积比电容达到了 56.3 mF cm-2,是相同情况下未掺杂的LIG电极的7.2倍。此外,在M/PI薄膜基材上得到的N-LIG电极,保持了良好的柔韧性,这为N-LIG的卷对卷工业化生产奠定了基础。该方法具有环保、经济、便捷的优点,在柔性电化学储能器件领域,显示出良好的应用前景。（2）极限纳孔LIG电极材料的制备及超电应用。利用可膨胀石墨对聚酰胺酸（PAA）前驱体进行掺杂,加热固化后形成可膨胀石墨/聚酰亚胺（EG/PI）复合薄膜。通过对EG/PI薄膜进行图案化激光诱导,制备了膨胀石墨复合的激光诱导石墨烯（EG-LIG）电极。可膨胀石墨在激光诱导过程中受热迅速释放气体,从而调控LIG的孔径分布,实现了 LIG中极限纳孔（孔径小于1 nm）的引入,通过极限纳孔的去溶剂化效应,大幅增强了 LIG的双电层电容性能。此外,对不同EG掺杂量所得到的样品进行了性能对比,其中4 wt%掺杂量下得到的EG-LIG复合电极,在以1 MNa2SO4为电解液的三电极体系中,显示出高达52.7 mF cm-2的面积比电容（电流密度,0.2mAcm-2）,而同样条件下未掺杂的LIG电极的面积比电容仅为6.1 mF cm-2。该策略为LIG电极的比电容增强提供了新的思路,拓展了 LIG在实际器件中的应用范围。（3）宏观厚度3D多孔石墨烯膜的电子束诱导合成和应用。以高能电子束代替激光作为能量源,对聚酰亚胺（PI）基材进行轰击,直接诱导合成了具有宏观厚度的电子束诱导石墨烯（EIG）膜（～0.66mm）。EIG具有丰富的3D孔隙结构和良好的电导率（1100 S m-1）。同时,少层结构、低缺陷、高质量和高合成速率（84 cm2 min-1）,使所制备的EIG膜具有大规模应用的潜力。研究探索了 EIG在超级电容器能量存储和光热方面的性能。EIG组装而成的超级电容器在0.1 mA cm-2下显示出高达67.1 mFcm-2的面积比电容。此外,EIG在-40℃下表现出理想光热特性,可应用于防/除冰等领域。EIG材料兼具优异的超电性能和光热性能,在未来的太阳能自加热型超级电容器领域具有重大潜力。