随着社会的发展进步,人们对微型便携式储能设备和可再生能源转换装置的需求不断增加。目前常用的储能装置有各类电池和超级电容器,其中相对于电池而言超级电容器有高稳定性、高比功率、无污染、工作温度范围广等诸多优势,是理想的储能设备。然而,也因其比能量低限制了实际应用。超级电容器主要通过电极材料表面发生的离子吸/脱附和氧化还原反应进行能量储存,因此提升电极材料的性能,是提高超级电容器能量密度的主要措施。金属有机骨架（MOFs）一种由无机金属中心和含氧或含氮有机配体组合而成的新型的多孔材料。由于它的孔径分布可调、活性位点多、比表面积大的特点使其在电极材料方面有应用价值。特别是,MOFs衍生物的纳米结构通常保留原始的多孔结构,并具有孔连通性和表面亲水性的结构特征,促进离子的扩散,获得更高的电化学性能。但是多数由MOFs衍生的金属氧化物电极材料的结构/化学稳定性较低、导电性相对较差,这极大地限制了超级电容器的循环寿命和倍率性能。因此,MOFs衍生物用于超级电容器上就要设法提高其稳定性及导电性。近年来被广泛研究的还原氧化石墨烯（r GO）因其超高的理论比表面积、良好的稳定性和电化学活性,在超级电容器的应用中可以减轻电极材料的重量并增强材料的导电性,被认为是一种极具竞争力的电极材料。但是由于氧化石墨烯薄片之间有强烈的范德华力互相作用,会导致不可逆转的团聚和堆叠从而减少了石墨烯的有效表面积,导致比电容较低。因此本文将在石墨烯层中引入其他高性能电极材料作为间隔层,以制备分层纳米结构复合材料。合理设计石墨烯与MOFs衍生物的复合结构,利用优势互补来构建高容量、长循环寿命的超级电容器复合电极材料。主要研究结果如下:1、首先利用氧化石墨烯（GO）带负电的特性,将Co2+/Zn2+离子吸附在氧化石墨烯片表面,再经过原位生长与真空抽滤得到颗粒均匀分散在氧化石墨烯片层间的Co/Zn-MOF@GO夹心复合薄膜。后续经过简单的硫化处理得到了Co/Zn-S@r GO二维纳米电极材料,并作为无粘合剂电极应用在高性能混合超级电容器中。经电化学测试,该电极材料可实现1640 F g-1的高比容量。用Co/Zn-S@r GO作为正极和AC作为负极组装的超级电容器,表现出了91.8 Wh kg-1的超高比能量。此外,该器件还具有很高的循环稳定性,循环8000次后容量保持率为90.3%。2、为了获得具有更高容量的钴基自支撑电极材料,在上述工作的启发下,首先,用碳球（CS）代替方案一中的MOF颗粒作为支撑材料,避免石墨烯的团聚,制备了GO/CS复合膜,既可作为基底提高材料的导电性,又能减轻电化学反应过程中对结构造成的破坏;其次,利用一步水热法在衬底表面生长相互交错排列的Ni Co-LDH带刺薄片,经过与2-甲基咪唑配体反应在薄片上得到ZIF-67纳米颗粒;最后,通过退火处理得到Co3O4/Ni Co2O4@r GO/CS复合材料。该复合结构具有大的比表面积,有利于缩短电荷传输距离,从而提供更多的活性位点。从测试结果分析,Co3O4/Ni Co2O4@r GO/CS材料的比容量可以高达3876 F g-1,这是同等条件下Ni Co2O4@r GO/CS材料的1.5倍。而利用Co3O4/Ni Co2O4@r GO/CS和AC组装的超级电容器有159 F g-1的容量和56.53 Wh kg-1的比能量。同时该超级电容器还具有优异的循环寿命,在循环6000圈后容量仍能保持92.5%。3、为了探究具有更高电化学性能的三元金属化合物复合电极材料的电化学性能,以Co/Zn-MOF为模板通过离子交换,引入Ni2+得到初步的三元金属材料,之后对其进行水热硫化处理得到最终的Co Zn Ni S@CNTs/r GO三元金属纳米复合材料。这些垂直交错负载在r GO表面上的Co Zn Ni S纳米片能增加表面积,从而加快离子扩散和提高法拉第反应,最终表现为提升材料的比容量。测试结果显示Co Zn Ni S@CNTs/r GO材料比容量为1350 F g-1,其还具有良好的倍率性能（在10倍的电流密度下仍展现出56.4%的容量）,以Co Zn Ni S@CNTs/r GO和r GO/CS组装成的超级电容器有高达172.2 F g-1的比容量,经10000圈的充放电后容量仍保留90.6%。这些优异的电.化学性都能表明Co Zn Ni S@CNTs/r GO是具有前景的超级电容器电极材料。