伴随着化石燃料的消耗,能源储量的日益枯竭,环境污染成为越来越严重的问题。我们必须寻找清洁、绿色、可再生能源,以确保经济和社会的可持续发展。近些年来,区别于传统能源材料的储能材料已经开始应用新型的储能设备(如锂离子二次电池、超级电容器、太阳能电池)。锂离子二次电池和超级电容器作为新型的储能设备,广泛应用到便携式电器如手机和笔记本电脑,发电站和电动汽车。储能设备的性能取决于电极材料。在不同电极材料中,炭材料因其储量丰富,高的比表面积、导电性和化学稳定性等优势受到广泛关注。超级电容器用的炭电极材料的储能机理是双电层储能机理,但是双电层储能机理所获得的容量不足以满足现代社会的需要。到目前为止,为了解决这一问题,研究者尝试了许多方法。在炭材料中引入赝电容被认为是一种有效的方法,所获得的材料同时具备赝电容和双电层电容的优点。聚苯胺制备简单,对环境友好,并且具有高的氮炭比值(0.167),因此被认为是最具有潜力的制备掺杂炭材料的前驱体。聚苯胺作为一种赝电容电极材料,在充放电过程中会发生可逆的氧化还原反应,这个过程中会导致材料体积的严重变化,影响其倍率性能和循环寿命,聚苯胺的导电性也会影响其储能性质。将聚苯胺与炭基材料进行复合,可以改善材料的导电性并且提高电容性能。本文研究围绕聚苯胺进行,分别制备了以聚苯胺为前驱体的掺杂炭材料和聚苯胺/炭复合材料。通过一系列的测试手段,探究了掺杂炭材料形貌、表面官能团、孔结构等对其电化学性能的影响,为高性能电极材料的制备提供可行的思路。采用氧化法,制备聚苯胺纳米管,对所得的聚苯胺纳米管进行炭化活化处理。所得的活性碳管具有很高的比表面积(2979 m2g-1)和氧含量(15.72 at%),表现出优异的电化学性能,0.1Ag-1的电流密度下获得468Fg-1的容量,甚至在10Ag-1的电流密度下依然可以获得327 Fg-1的容量,同时具有良好的倍率性能和循环寿命。为了研究材料中含氧官能团对电容性能的影响,对所得样品进行还原处理,将还原前后样品进行对比。推断吡咯氮(N-5)、吡啶型氮(N-6)和醌型C=O可以提供赝电容而对超级电容器容量有贡献。采用水热法,通过一步反应制得具有空心结构的聚苯胺纳米球。将所得聚苯胺纳米球在不同温度下进行炭化处理,700℃炭化得到的空心炭球比表面积为251 m2 g-,氮元素的含量为7.3 at%,氧含量为9.3at%,表现出优异电容性能,在0.2 A g-1的电流密度下容量为241Fg-1,在大电流10 Ag-1电流密度下的容量仍有120 Fg-1。优秀的电化学性能可以归因于杂原子掺杂和空心结构。含氧和含氮的官能团不仅可以提高电极材料浸润性,也通过引入赝电容提高了电容性能。独特的空心结构提供了高的比表面积,缩短电荷传输扩散路径,利于倍率性能的提高。为了获得更大的比表面积,将所得的空心炭球进行活化处理可以得到多孔空心炭球,活化所得的多孔空心炭球具有高的比表面积(大于1700 m2g-1)。具有球形形貌的炭材料应用于锂离子二次电池时,堆积密度大、可提高电极能量密度,并且球形结构有利于锂离子从各个方向脱嵌,减小固相扩散电阻,中空结构通常比实心结构具有更好的倍率性能。将所得的多孔炭球应用于锂离子二次电池,在50 mAg-1的电流密度下获得1004 mAhg-1的可逆容量,尤其是在大电流下3Ag-1,获得325mAhg-1的可逆容量。通过原位聚合的方法,制备了一种聚苯胺/多孔空心炭球复合材料应用于超级电容器。多孔空心炭球采用聚苯胺为前驱体通过炭化活化处理获得。和传统的活性炭相比,多孔空心炭球具有独特的纳米结构。研究了聚苯胺在多孔空心炭球上的负载量对复合材料形貌和电化学性能的影响。当苯胺单体和多孔空心炭球的质量比为2：1时,复合材料获得最佳的电化学性能。在0.1Ag-1的电流密度下,具有559Fg-1比容量,在大电流5Ag-1的电流密度下获得386Fg-1的比容量.采用水/N,N二甲基甲酰胺体系,原位聚合的方法制备了一种银耳状石墨烯/聚苯胺复合材料。研究了聚苯胺负载量对复合材料形貌和电化学性能的影响。当苯胺单体和石墨烯质量比10：1时,可以获得银耳状结构的复合材料,表现出优异的电化学性能。在0.5Ag-1的电流密度下,可以获得497Fg-1的比容量。在大电流5Ag-1的电流密度下可以获得426 Fg-1。独特三维立体结构有利于电解液的浸润和离子的扩散。