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21世纪初,科技发展迅速,大量新型设备的涌现,能源成为解决设备运行时间、运行环境的关键,因此新设备新能源的发展成为迫切所需。超级电容器（SC）因其拥有超高的功率密度、优异的循环性能等特点,在各大新能源中脱颖而出。然而相较于各类争相发展的新能源储能设备,SC的能量密度较低的缺点日益显现,而提高SC的能量密度也成为此项研究内容急需攻克的重点以及难点。在SC中,碳基电容器发展历史悠久。其不仅拥有超高的比表面积以及极快的充放电效率,并且通常原材料成本低廉,属于非常适合工业化生产的材料。但静电的储能机理,使得其难以获得高能量密度。人们为了提高其能量密度,充分研究了其储能机理,以求从机理出发,设计制备具有高能量密度的碳基电容器。其中,对碳材料进行杂原子掺杂,以及提高材料的比表面积可作为提高其电化学性能的常用手段。近几年,经科学家的不懈研究,发现“当电解液离子与多孔碳材料中的孔径匹配时,电容能得到最优的能量密度”。该项研究一经发表就引起了科研界的广泛关注。本论文受其启发,在第一章节中探索研究了碳材料储能方式以及制备方法,在第二章节及第三章节中,选择了合适的碳源,预期制备出具有单分散孔径的多孔碳材料。以下分别是本论文的三个研究工作的内容:体系一:选取鱿鱼骨作为前驱体,探索出合适的活化剂及活化条件,构建了适合的制备方法,将原材料转化为具有超高比表面积(2,070 cm2 g-1)的分层多级孔多孔炭材料。在最优工艺下,所制得的材料含有丰富的N（6.0%）和O（18.9%）掺杂,丰富的杂原子掺杂,配合材料的高比表面积,使得材料拥有优异的电化学。所制得的电极材料经电化学测试,在1 A g-1的电流密度下,最高比电容可达581 F g-1,是传统商用活性炭(100250 F g-1)的两倍左右。即使是在高电流密度下(10 A g-1),材料仍保留了336 F g-1的比电容,表现出良好的倍率性能。此外,所制备的电极材料在充放电循环10,000次后仍能保留90%的初始电容,展现出了优异的稳定性能。该材料简单的制备工艺及超高的电化学性能,是具有工业化潜力的优良材料。体系二:本体系基于设计单分散微孔的思路,以超分子化合物——六元瓜环作为碳源,预期利用瓜环的特殊腔体直径,以设计制备成具有与瓜环腔体直径相对应的次纳米孔碳材料。经过一系列制备条件的探索,我们成功制备出具有特殊次纳米孔径的多孔碳材料。将材料制备成电极后,将其与具有0.56/0.34nm的阳离子/阴离子直径的纯离子液体（1,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐）组装成超级电容器,使得电解液离子在孔中拥有优势态的势能,以制备出具有高电化学性能的电容器。借此孔径与离子的匹配效应,本体系制备的多孔碳以较低的比表面积(684 cm2 g-1),展现出了格外优异的电化学性能。该对称电容器在187.2W kg-1的功率密度下,最高能量密度可达82.9 Wh kg-1,表现为极为优异的电化学性能。另外由于碳源具有高含氮率,使得材料拥有高达（9.2%）的氮掺杂率,在一定程度上提高了材料的性能。该体系研究表明:1)氮原子的掺杂能提高材料的导电性能,并能提供额外的赝电容;2)当电解质直径与电极孔径相近时,材料的储能能力将会大大提升,使得材料拥有优异的电容性能。该体系设计研究的多孔氮掺杂碳材料,成功地制备了具有高能量密度的超级电容器,并突破了传统制备方法的限制,为碳超级电容器的研究提供了新的研究思路。体系三:研究内容同样以瓜环作为造孔的来源。但与体系二不同的是,本体系将瓜环与钡离子进行配位,在室温下直接形成超分子聚合物,后将该超分子聚合物经高温自热解。所制得的多孔碳在0.59 nm显现出极窄的孔径分布,在材料中可发现碳骨架崩塌而形成的介孔,这些介孔为离子缓冲起到了关键的作用。另外,在介孔的形成的过程中,并未牺牲材料的微孔率,相比于第二个体系,该材料的微孔率还有所增长。材料通过改变自热解温度可调节材料的杂原子掺杂率以及孔径分布,可探索二者对材料性能的影响。同样的,以纯离子液体（MMIMBF4）作为电解质,将该材料组装成对称超级电容器。经测试,电容器最的高能量密度可达104 Wh kg-1,并且该器件在循环8,000次后仍有91%的电容保持率,展现出了优异的电化学性能。此项的研究结果为开发次纳米孔新材料和设计高性能储能装置提供了新的视野。