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随着电子储能设备需求的不断增长,比传统二次可充电电池具有更长循环寿命和更高功率密度的超级电容器而受到关注。但是超级电容器较低的能量密度阻碍了它们的实际应用。根据公式EA=1/2CV2（EA:能量密度;C:电容;V:工作电压窗口）,超级电容器的能量密度可以通过提高电极材料的电容和/或扩大器件的工作电压窗口实现提升。采用高性能过渡金属基材料作为电极材料,组装非对称型超级电容器被认为是提高输出能量密度的有效方法。然而过渡金属基材料在储能反应中普遍存在电导率低、电荷转移动力学慢、电化学稳定性差等瓶颈问题,限制了其作为电极材料的应用。针对这些挑战,论文通过调控材料组成与形态、引入结构缺陷等策略来提高过渡金属基材料的电化学性能。主要研究内容如下:第一,通过调控组成成分、形态结构策略制备了α-Mn O2-Mn3O4杂化材料。利用可控的Na BH4还原,通过α-Mn O2纳米线表面原位剥离生成Mn3O4纳米颗粒。结果表明当Na BH4浓度为0.05 M时,产物表现出最优异的电化学性能。在20 A g-1的电流密度下,Mn O2-Mn3O4纳米杂化材料的质量比电容达到278.2F g-1,即使经过5000次充放电循环,电极仍保留了初始比电容的99.3%。此外,以Mn O2-Mn3O4和AC（Activated carbon,活性炭）分别为正极和负极组装了Mn O2-Mn3O4//AC非对称超级电容器,在～1153 W kg-1的功率密度下,其输出的能量密度可达～41.3 W h kg-1;这可归因于,一维α-Mn O2纳米线为电子传输和离子扩散提供了良好的通道,而附着在纳米线表面的Mn3O4纳米颗粒为电化学氧化还原反应提供丰富的活性位点。第二,采用双缺陷工程策略,通过协同地引入F-离子和表面S空位来改善F-Cu Co2S4-x的反应动力学。对掺杂F-离子和S空位前后,材料的物理性能与电化学性能进行了系统探究。结果表明,通过在晶格中引入F-离子和S空位,可显著增加材料中Cu、Co的低价离子的含量,提高电导率,从而改善表面活性并加快反应动力学,实现电容性能的提升。所制备的F-Cu Co2S4-x在电流密度为1 A g-1下表现出的质量比容量可达2202.7 C g-1;并且在20 A g-1的电流密度下经过5000次充放电循环后,电极仍保留了初始比容量的96.7%。以F-Cu Co2S4-x和AC分别作为正极和负极组装的F-Cu Co2S4-x//AC非对称超级电容器在功率密度为897.39 W kg-1的条件下可以输出的能量密度可达49.8 W h kg-1,并具有优异的电化学循环稳定性。第三,采用结构调控和表面缺陷工程策略制备了以金属-有机框架（MOF）为模板的P-Co3O4@PNC杂化纳米片。其中掺杂P异质原子的Co3O4纳米颗粒原位生成,并均匀分散于导电的P,N共掺杂碳基质中。这种混合体系结构缩短了离子扩散距离,扩大了表面积/体积比,并具有丰富的电化学活性位点与结构缺陷。另外,电化学活性位点/界面可用性的改善,增强了组分间的协同作用,因此加速了电荷转移动力学并实现优异的电荷存储能力。所制备的P-Co3O4@PNC杂化纳米片在电流密度为1 m A cm-2的测试标准下表现出的面积比容量可达614m C cm-2,并具有良好的循环稳定性。由P-Co3O4@PNC和PNC自支撑电极构成的P-Co3O4@PNC//PNC柔性非对称超级电容器在功率密度为750 W kg-1的测试条件下输出的能量密度可达69.6 W h kg-1,并表现出优异的循环稳定性即使在20 A g-1下进行10000次循环充放电后,仍可以保留其初始比电容的96.8%。此外,所组装的P-Co3O4@PNC//PNC柔性非对称超级电容器具有良好的柔韧性与机械稳定性,即使处于不同弯曲状态下,它们的电容也没有明显的衰减。第四,通过在材料表面掺入P异质原子和S空位,提高P-Ni Co2S4-x的离子扩散动力学,进一步证实缺陷工程在不同材料体系中的应用。结果表明,引入P异质原子和S空位可有效提高材料内在电导率,并诱导形成低氧化态的Ni和Co离子,从而加速电荷转移动力学,丰富Faradaic氧化还原化学反应。此外,P原子取代了晶格中部分S位点增强了材料的共价特征,从而提升了表面电化学反应活性并改善了电化学性能。所制备的P-Ni Co2S4-x在电流密度为1 A g-1时表现出的质量比容量可达1806.4 C g-1,即使在30 A g-1的下经过5000次充放电循环后,P-Ni Co2S4-x电极仍可以保持初始比容量的95.5%。采用P-Ni Co2S4-x和AC自支撑电极分别作为正极和负极组装成的P-Ni Co2S4-x//AC柔性非对称超级电容器,在功率密度为800 W kg-1的测试标准下输出的能量密度可达68.2 W h kg-1,并具有优异的循环稳定性。此外,该P-Ni Co2S4-x//AC柔性非对称超级电容器具有良好的机械稳定性,即使处于不同的弯曲状态下,产生的电容衰减可忽略不计。总之,通过采用调控材料组成与形态、引入结构缺陷等策略能够有效改善超级电容器过渡金属基材料的电化学性能。