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超级电容器既具有电容器快速充放电的特性,又具有电池的储能特性,兼具高功率密度和优异的循环稳定性而被广泛应用在各个领域。镍基硫化物因具有高理论容量而被广泛研究。由于单一相的镍基硫化物在充放电过程中出现的结构坍塌,使得镍基硫化物电极循环稳定性较差;其次是工作电压窗口较低（被限制在0.3-0.7 V）,导致了较低的能量密度。因此致力于开发镍基硫化物复合材料的同时,引入杂元素来扩宽材料的电压窗口,从而提高材料的稳定性及能量密度具有重要的意义。因此本文以此为切入点,以镍基硫化物为研究对象,通过原位引入杂元素、空位以及非催化活性的多孔材料,调控镍基硫化物复合材料的形貌结构,研究不同形貌结构对镍基硫化物复合材料电极电化学性能的影响,并结合理论计算和分子动力学模拟杂元素对复合材料在碱性电解液中电压窗口和电荷储存的影响。1.采用传统溶剂热理论,使用对二苯硼酸和Ni（NO3）2·6H2O为原料,在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和水混合液中,无碱环境下,溶剂热合成得到乒乓菊花状层次结构α-Ni（OH）2（Ni-MOF）。为了提高该材料的导电性,使用多巴胺聚合包覆并硫化热处理,获得含氮碳包覆的镍基硫化物复合材料Ni S2@NC。含氮碳包覆后的复合材料为多孔结构,其比表面积增加到21.38 m~2 g-1,更有利于电解液的润湿,有效的改善电化学性能,多孔结构的存在更有利于电解液离子的传输。同时对材料进行电化学性能评估,阐述不同结构对电化学性能的影响,结果表明,材料Ni S2@NC表现出更好的电容性能,含氮碳的包覆及杂元素的引入加快了电子的迁移,有效的提高了复合材料的导电性。本工作成功组装了水系非对称超级电容器,获得了1.7 V的工作电压窗口,其中Ni S2@NC//活性碳YP80F（YP-80）装置表现出最好的电化学性能,在594.9 W kg-1的功率密度下,获得了47.1 Wh kg-1的高能量密度,且表现出较高的循环稳定性。2.调控电极材料结构,通过直接引入介孔二氧化硅球形纳米颗粒,硫源和氮源,两步法成功合成得到了不同结构功能化多孔m Si O2@BN/Ni3S2/Ni S2复合材料,并详细阐述了它们的形成机理。利用同步辐射表征手段,结合EPR和XPS分析方法,阐述杂元素的掺杂和硫空位的形成。杂元素和硫空位的引入增加了电化学活性位点和导电性,增强了单一镍基硫化物材料的电化学性能。最优棒-球状结构复合材料在6M KOH电解液中,获得1.8 V的高比势,并表现449.7 F g-1的可逆容量,获得了202.5 Wh kg-1的最大能量密度,循环8000次后具有200%的可观容量保持率,表明引入介孔二氧化硅后,提高了材料的循环稳定性。与YP-80组装得到的水系非对称超级电容器装置,获得1.8 V的工作电压窗口,在功率密度为1800 W kg-1时,能量密度达到了56 Wh kg-1。为了深入研究高电压窗口的扩宽机理和电荷增强机理,揭示杂元素掺杂对镍基硫化物在碱性电解质中工作电压窗口和电荷存储的影响机制。利用密度泛函理论（DFT）的第一性原理计算了杂元素掺杂复合材料不同结构模型对电解质离子和分子的吸附能力和水分解动力学。硫空位和B、N杂元素的掺杂不仅抑制了水的分解,同时增加了OH-的吸附位点,增强了电荷储存;同时利用分子动力学模拟（MDS）计算了微-介孔共存时的电荷储存动力学,结果表明微-介孔共存时,电荷聚集到最大所需的时间是最少的。同时揭示了介孔结构的存在为电解质提供了更多的储存空间,而且加速了OH-的转移,增强了m Si O2@BN/Ni3S2/Ni S2的电化学性能。3.优化超级电容器构型,以活性炭YP-80和自制N＆O掺杂碳材料作为负极,阐述了不同碳基负极材料对m Si O2@BN/Ni3S2/Ni S2复合材料的电化学性能影响。采用溶胶-凝胶法制备得到具有表面突起结构的多孔二氧化硅纳米片作为模板,制备了表面突起中孔结构的N＆O共掺杂的超薄折叠碳纳米片负极材料,该结构材料具备了2D和3D材料的结构优势。N掺杂可以提高材料的导电性和增加高赝电容电化学活性位点,O掺杂不仅可以改善电极材料的表面润湿性,减小电解液与电极表面的电阻,还可以提高电化学性能。最优结构电极材料表现出巨大的比表面积和层次分布的微-介孔结构,且折叠结构提供了更多的边缘活性位点,增强了电化学性能。该电极材料在碱性电解液中表现出较宽的工作电压窗口（-0.9-0.6 V.vs.SCE;-1.2-0.3 V.vs.Hg O）和超高的比容量。NCP-700//NCP-700对称水系超级电容器在749.55 W kg-1的功率密度下表现出27.9 Wh kg-1超高能量密度,循环10000次后,保持84.6%的容量保持率,具有良好的循环稳定性,满足了作为负极材料的要求。非对称全固态超级电容器m Si O2@BN/Ni3S2/Ni S2//NCP-700被组装,获得了2.2 V的高电压窗口,表现出76.39 Wh kg-1的最大能量密度,在6 A g-1的高电流密度下经过4500次循环后具有出色的容量保持率≈98%。而与YP-80组装得到的全固态非对称装置的工作电压窗口为2 V,该装置仅表现出49.72 Wh kg-1的最大能量密度。单个m Si O2@BN/Ni3S2/Ni S2//NCP-700装置可以点1颗黄色发光二极管工作120 s和点亮1颗红色发光二极管工作300 s,为制备高能量和高功率密度的宽电压窗口镍基硫化物超级电容器装置提供了设计思路。