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在追求具有可再生和清洁能源的下一代能源存储系统的过程中,有机电极材料由于其结构多样性、低重量、环境可持续性和机械灵活性而作为高性能的未来电极材料获得了极大的关注。然而,它们在非质子电解质中的高溶解度、固有的低电导率和低活性位点利用率限制了其在大型储能系统中的应用。目前,通过分子工程构建含多活性位点聚合物和导电聚合物是抑制溶解性和提高导电性的主要研究策略。本论文基于小分子多羰基和含氮杂环有机物,通过调节氧化还原中心,构建多官能团,π共轭体系,添加导电材料的策略设计并合成了一系列有机聚合物,得到的电极材料有效的解决了小分子有机物在电解液中的溶解性问题,并很好的改善了材料的电化学性能。本论文的主要研究内容总结如下:1、以硫醚键为桥连基团合成了基于芘-4,5,9,10-四酮（PT）的多羰基线性聚合物（PPTS）,并将其作为锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）的负极材料。PT单元具有丰富的氧化还原活性羰基,支持可逆的氧化还原反应。引入大量的S原子可以有效地改善材料的导电性。由于快速的反应动力学、加速的锂离子和电子传输能力以及稳定的无定形骨架,PPTS显示出改善的导电性和在非水电解质中的不溶性。当用作LIBs的负极材料时,PPTS在0.1 A g-1时具有高的可逆比容量(697.1 m Ah g-1)和良好的速率性能(1 A g-1时得到335.4 m Ah g-1的放电比容量)。作为SIBs的负极材料时在0.05 A g-1的条件下,可获得205.2 m Ah g-1的可逆比容量,并且展现出较好的容量保持率。2、以含三嗪环化合物4,4,4-（1,3,5-triazine-2,4,6-triyl）trianiline（TAPT）为基础,通过席夫碱反应合成了两种富氮多孔聚合物（TAPT-TPA和TAPT-BTPA）,并将其作为锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）的电极材料。丰富的三嗪环及亚胺结构可以作为活性位点,支持可逆的氧化还原反应。此外,亲电三嗪环的引入可以有效调节分子轨道的能级和带隙,进一步调节电子传输能力和氧化还原电位。为了进一步提高聚合物的活性位点利用率,将聚合物可控的生长在CNT上,所制备的复合材料不仅解决了小分子易溶解的问题,而且电化学性能明显改善。当作为LIBs的负极材料时,具有更大孔径的TAPT-BTPA@CNT实现了高的倍率性能(5 A g-1时可以提供177.9m Ah g-1的放电比容量)和稳定的循环性能(1 A g-1的电流密度下1000圈之后可以提供350.9 m Ah g-1的比容量)。作为SIBs的负极材料时依然提供了较高的初始放电比容量(253.3 m Ah g-1)和优异的容量保持率。3、以TAPT和两种芳香二酐1,4,5,8-萘四甲酸酐（NTCDA）和1,2,4,5-苯四甲酸酐（PMDA）为基础,合成了两种富含羰基且含有氮杂环骨架的聚酰亚胺（PI）基共轭微孔聚合物（TAPT-NTCDA和TAPT-PMDA）,并将它们和CNT整合在一起,作为LIBs和SIBs的电极材料。所制备的复合材料不仅解决了溶解性的问题,而且活性位点利用率明显改善。其中,萘基的TAPT-NTCDA@CNT作为LIBs和SIBs正极材料时均提供了较高的初始放电容量(对于LIBs:0.05 A g-1的电流密度下为155.5 m Ah g-1;对于SIBs:0.03 A g-1的电流密度下为91.9 m Ah g-1)和长循环稳定性(对于LIBs:1 A g-1的电流密度下500次循环后容量保持率为87.3%;对于SIBs:0.03 A g-1的恒电流下经过200圈充放电循环之后依然可以提供70.3 m Ah g-1的放电比容量)。此外,TAPT-NTCDA@CNT在作为LIBs负极材料时也表现出较好的电化学性能,基于此,利用TAPT-NTCDA@CNT同时作为正负极材料组装全有机电池也可以实现优异的循环稳定性和倍率性能。4、我们使用四氨基苯醌（TABQ）作为配体,M2+（M=Ni,Co,Cu）作为金属配体,通过π-d杂化反应制备了一系列含羰基的一维π-d共轭金属配位聚合物（M-QABQ,M=Ni,Co,Cu）。通过详细的表征证实了M-TABQ在有机电解质中表现出的不溶性和电子离域的结构。作为氧化还原位点的共轭羰基和π-d杂化中心（C=N键）都可以与锂离子发生可逆反应。其中,Ni-TABQ显示出更高的导电性和最佳电化学性能,当用作LIBs的正极材料时,它在50 m A g-1下可以提供318.7 m Ah g-1的高初始放电比容量和良好的倍率性能(2 A g-1时比容量为237.2 m Ah g-1)。通过理论计算和光谱表征验证了Ni-TABQ性能优越的原因及其锂离子存储机制。令人鼓舞的是,Ni-TABQ可以同时作为正极和负极材料来构建高性能的全有机对称LIB,它可以提供高达142 Wh kg-1的高能量密度,而且在200 m A g-1下可稳定循环100次。更重要的是,由Ni-TABQ组装的柔性全有机LIBs在不同弯曲状态下也表现出稳定的电化学性能,显示出其在柔性可穿戴设备领域的巨大潜力。