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近年来,超级电容器因其充电速度快、功率密度高和使用寿命长等优点引起了广泛的关注,被认为是一种极具应用潜力的储能装置。然而,相较于电池,它的能量密度仍处于较低的水平且难以实现大规模应用。当前,开发高容量的电极材料是一种最有效的提高超级电容器能量密度的策略。作为一种典型的二维材料,镍钴层状双氢氧化物（Ni-CoLDH）的层状结构可以在充/放电过程中为离子提供快速的嵌入/脱嵌通道。而且,它具有优异的亲水性、超高的理论比容量(＞1600 C g-1)、较高的氧化还原活性。此外,由于Ni和Co之间的协同作用,表现出比常规单金属氢氧化物更加出色的电化学性能。这些优点使其成为近10年超级电容器领域的热点电极材料之一。然而,负载低、团聚/堆叠严重、导电性差和储能机制不清晰等问题仍然制约着Ni-CoLDH的发展。本文结合实验分析和密度泛函理论（DFT）计算,首先研究Ni/Co比例对Ni-CoLDH电化学性能的影响,确定最佳的Ni/Co比例;然后将Ni-CoLDH生长在NiCo2S4纳米阵列表面形成异质结三维核壳纳米阵列电极,利用NiCo2S4纳米阵列良好的导电性、开放的结构和超高的理论电容,抑制Ni-CoLDH的团聚和堆叠,分析NiCo2S4@Ni-CoLDH电极的电荷传输、质量负载和容量之间的内在联系;接着向NiCo2S4掺杂微量的Mn,调节NiCo2S4与Ni-CoLDH的界面性质,探索对电极的倍率和容量进一步提升的可能性;最后将电极组装成超级电容器来验证它们实际应用的可行性。获得的主要研究结果如下:（1）采用水热法在碳布上原位生长Ni-CoLDH纳米片,通过调节Ni/Co比例,制备了一系列具有不同Ni/Co比例的Ni-CoLDH电极,系统研究了Ni/Co比例对Ni-CoLDH的形貌、质量负载、晶体结构、离子吸附能力和反应活性的影响。研究表明,随着Co含量的增加,碳布上生长的Ni-CoLDH纳米片尺寸越来越小,导致质量负载从Ni（OH）2的2.3 mg cm-2减少到了Co（OH）2的1 mg cm-2。Ni-CoLDH的晶面间距和M-OH（M=Ni或者Co）键发生扩增和拉伸。此外,Ni-CoLDH中的Co3+含量大致呈现出先增后减的趋势,在Ni:Co=3:1时达到最高值70.8%。DFT计算表明Co2+会失去部分电荷,自发地向Ni2+和O2-转移,从而在Ni-CoLDH中出现Co3+。这种电荷转移效应能够提高Ni-CoLDH对OH-的吸附能力和反应活性。（2）利用三电极体系研究了不同Ni/Co比例的Ni-CoLDH电极的电化学性能,分析了Ni/Co比例对Ni-CoLDH的离子存储机制、比容量、内阻、倍率和循环稳定性等的影响。结果表明,Ni离子含量的增加有利于提升Ni-CoLDH的比容量,Co离子含量的增加有利于提高Ni-CoLDH的倍率性能和循环稳定性。当Ni:Co=3:1时电极性能最好,它的质量负载为1.73 mg cm-2,在2 m A cm-2电流密度下表现出1438 C g-1(2.48 C cm-2)的比容量;当电流密度增加到15 m A cm-2时,比容量保留了75.6%(1087 C g-1,1.87 C cm-2),在该电流密度下循环5000次后容量保留率为88.3%。（3）采用水热法、利用柯肯达尔效应合成了NiCo2S4@Ni3-CoLDH三维核壳纳米阵列电极,研究了电极的结构、电化学性能和异质界面的电荷传输特性。结果表明,NiCo2S4是具有中空结构的纳米管,管壁厚度约为25 nm,Ni3-CoLDH纳米片生长在NiCo2S4纳米管表面,它们形成的异质界面能够促进电荷自发、快速地从Ni3-CoLDH向NiCo2S4传输,增强了Ni3-CoLDH的离子吸附能力和反应活性。该电极的质量负载达8.1 mg cm-2,在1 m A cm-2电流密度下的比容量为8.14 C cm-2(1005 C g-1);当电流密度增加到15 m A cm-2时,比容量保留了57%(4.66 C cm-2,575 C g-1),并且在该电流密度下循环充放电5000次后容量保留率为91.5%。（4）采用水热法制备Mn掺杂的NiCo2S4@Ni3-CoLDH电极,研究了Mn掺杂对NiCo2S4@Ni3-CoLDH电极的电化学性能（尤其是倍率性能）的影响并分析了储能机理。研究表明,Mn的最佳掺杂量为6.7%,即Mn0.2-NiCo2S4@Ni3-CoLDH。生长Ni3-CoLDH的最佳水热时长为2.5小时;Mn掺杂可以局部改变异质界面的电荷传输特性,增强界面的稳定性,提高Ni3-CoLDH表面对OH-的吸附能力和反应活性。在1 m A cm-2的电流密度下,Mn0.2-NiCo2S4@Ni3-CoLDH电极的比容量为9.67 C cm-2(1151 C g-1)。当电流密度增加到15 m A cm-2时,比容量保留了76.4%(7.39 C cm-2,876 C g-1)。在该电流密度下循环充放电5000次后,电极容量的保留率为94.3%。（5）以活性炭（AC）为负极,聚丙烯酸钾盐（PAAK）/KOH为电解质,设计的三种电极为正极,组装了Ni3-CoLDH//AC、NiCo2S4@Ni3-CoLDH//AC和Mn0.2-NiCo2S4@Ni3-CoLDH//AC三种非对称超级电容器,并对它们的电化学性能进行了研究和对比。结果表明,在2.4 m Wh cm-2(1.39 k W kg-1)、1.5 m Wh cm-2(185 W kg-1)和1.5 m Wh cm-2(176 W kg-1)的功率密度下,三种超级电容器的最高能量密度依次为126.1μWh cm-2(72.9 Wh kg-1),880μWh cm-2(108.8 Wh kg-1)和1046.9μWh cm-2(123.1 Wh kg-1);最高比容量分别为328 C g-1,522 C g-1,591 C g-1。当电流密度从3m A cm-2增加到15 m A cm-2时,它们的倍率分别为61.9%,62.9%和76.8%。在15 m A cm-2电流密度下循环充放电5000次后,容量保留率分别为82.8%、89.8%和92.7%。此外,当组装的超级电容器用于点亮LED灯时,它能稳定工作17分钟以上,表明设计的超级电容器具有一定的实际应用价值。