超级电容器作为一种新型储能器件,具有功率密度高、安全系数高、维护成本低等优势,吸引了广泛的研究和关注,但是较低的能量密度使其应用受限,因此在不改变其优势的情况下尽最大可能提升超级电容器的能量密度是拓展其应用场景的关键。近年来,研究者们在正极材料的研究方面已进行了大量探索,并且取得了极大地进步,大多数报道的Co、Ni基正极材料的比容量已经达到1000F g-1以上;而负极材料的研究成果相对滞后,常用的碳负极材料的比容量通常小于200 F g-1,造成正负极严重不匹配的问题,明显降低了超级电容器输出的能量密度,因此研发高性能的负极材料尤为重要。铁基纳米材料具有良好的氧化还原反应活性以及较宽的负电势窗口（-1.2-0V）和远优于碳基材料的理论比电容,有望取代碳材料成为最有前途的负极材料,但是铁基材料电导率较低,稳定性较差,限制了其在电化学储能领域的应用。在此,本论文为了解决铁基材料的固有缺陷,以具有超高比表面积的金属有机框架物（MOFs）材料为前驱体,通过与高导电性材料复合、壳层包覆、元素掺杂和可控硫化工艺对前驱体进行改性处理,从而调控材料的导电性、稳定性,以及比表面积,成功制备出了一系列MOFs衍生的新型高性能铁基纳米负极材料,组装高性能混合超级电容器,实现了能量密度的突破。主要研究内容包括:1.MIL-88A衍生FeS2/Co1-xS的可控制备及其超级电容器性能研究:在本项工作中,以六角棱柱状的MIL-88A作为牺牲模板,通过碱蚀刻和共沉淀反应,得到具有维持MIL-88A形貌并且表面覆盖超细纳米片的Fe/Co-LDH多级纳米结构;随后对Fe/Co-LDH材料进行硫化处理得到中空结构的FeS2/Co1-xS异质纳米材料。相关表征表明,FeS2/Co1-xS独特的中空结构丰富了材料内部的孔结构,有利于电解质的快速传质,同时,铁钴双金属的协同作用,有效改善了铁基材料的导电性,提高了电子转移速率,因此优化后的FeS2/Co1-xS材料在1 A g-1时表现出743 F g-1的高比容量。将FeS2/Co1-xS与制备的2D/3D Ni3S2@Co3S4正极材料组装,制备了NCS//FeS2/Co1-xS混合超级电容器,电化学测试结果表明NCS//FeS2/Co1-xS具有较高的能量密度(64 Wh kg-1)和优异的循环耐久性（6000圈循环后,保持初始容量的81.3%）。2.MIL-88A衍生FeS2/Fe2O3@S-rGO的制备及其超级电容器性能研究:在本项工作中,拟通过与具有高导电性的石墨烯材料复合,解决铁基材料导电差的问题。首先通过原位生长策略制备在氧化石墨烯纳米片上均匀分布的MIL-88A纳米颗粒;随后通过水热硫化过程中对硫化剂的精准调控,成功构建出FeS2/Fe2O3与S-功能化的还原氧化石墨烯（S-rGO）掺杂的复合材料（FeS2/Fe2O3@S-rGO）。FeS2/Fe2O3@S-rGO独特的异质结构,可以为电化学反应提供更多的活性位点;S-rGO网络可以有效增强材料的导电性,并为电解质的快速扩散提供丰富的孔隙和通道,增强材料的电化学稳定性。因此FeS2/Fe2O3@S-rGO在2 A g-1时比容量为219.4 m Ah g-1(790 F g-1)。此外,以2D/3D Ni3S2/Co3S4（NCS）为正极,FeS2/Fe2O3@S-rGO为负极,我们制备了NCS//FeS2/Fe2O3@S-rGO混合超级电容器,其在1 A g-1时的比容量值达到了114.2 m Ah g-1(274 F g-1),并具有85.63 Wh kg-1的高能量密度,明显优于大多数已报道的混合超级电容器。3.Co-MOF衍生的高性能超级电容器电极材料的制备及高能量密度超级电容器研发:本工作以Co-MOF纳米阵列为前驱体,通过不同阳离子壳层包覆、可控刻蚀与硫化工艺相结合的策略,成功制备了三金属元素（M/Co/V,M=Ni或Fe）掺杂的M3S2/MS2空心三角阵列电极材料。当引入的金属元素为Ni元素时得到CNVS正极材料,当引入金属元素为Fe元素时得到CFVS负极材料。在CNVS和CFVS中,Ni/V-或Fe/V-掺杂的Co3S2纳米粒子随机分布在Co/Ni-或Co/Fe-掺杂的VS2纳米片上,形成M3S2/MS2异相界面,快速提高了反应动力学中电子和电解质的转移速率,为深度氧化还原反应提供了更多的电活性位点。因此,在三电极体系下测试,CNVS的比容量高达6556 m F cm-2(0-0.5 V,2 m A cm-2);CFVS的比容量为6195 m F cm-2(-1.1-（-0.1）V,5 m A cm-2)。随后,以CNVS为正极,CFVS为负极,组装了CNVS//CFVS混合超级电容器器件,其能量密度高达0.73 m Wh cm-2(0.4 m W cm-2),在经过5000次循环后容量仅损失13.6%,具有良好稳定性。