超级电容器是循环寿命长,低成本和环保的新型能源储存系统,进一步开发高效的超级电容器已经成为一个新兴的研究课题,超级电容器作为储能器件的实际应用更是受到了广泛的研究。超级电容器的性能取决于它的电极材料,提升储能空间的核心就是探索新型电极材料。获得兼具高电容量和优异稳定性的电极材料是目前研究的重点和难点。石墨烯是一种新发现的碳材料,具有极高的比表面积和高导电率等一系列优异的性能,是当下最有希望成为制作超级电容器电极的理想材料。但是,受困于强的层间范德华力引起的粘附,石墨烯片层的性能被严重抑制。本论文的研究重点就是利用功能化手段改善化学衍生的石墨烯片层间的堆积问题,得到性能良好且结构稳定的石墨烯基电极材料。本文首先通过Hummers法制得大面积高品质的氧化石墨烯,在此基础上,通过调控试验条件和方法,获得不同的功能化石墨烯基材料。利用原位聚合法,通过改变溶剂的水醇比例,考察乙醇在氧化石墨烯与吡咯单体共混时的作用,探究其对石墨烯/聚吡咯复合材料的形貌和结构的影响。通过分析发现聚吡咯十分均匀的结合在石墨烯片层上。分析证明在少量乙醇作用时,它能够使吡咯单体与GO完成结合过程,而且促进聚吡咯分布的均匀性。但是增大乙醇的配比质量,这会使得吡咯发生团聚现象,阻碍了聚吡咯分布的整体性和均匀性。通过电化学测试表明,水醇比为9:1的石墨烯/聚吡咯复合材料展现出较好的电化学性能和优异的循环稳定性。研究了一种简单的从上向下的策略来合成尺寸分布均匀的石墨烯量子点材料。以氧化石墨烯为原料,通过超声破碎和强酸切割来破坏它的碳碳键,还采用热处理来去除残留的酸和氧化阶段引入的含氧官能团。石墨烯量子点的纳米级尺寸和边缘效应提供了丰富的活性位点并抑制了石墨烯纳米片的重新堆积,进一步促进了电极内部的离子扩散。同时,电化学性能测试表明其表现出理想的双电层电容性能和优异的循环稳定性,这些结果表明石墨烯量子点材料在超级电容器电极材料应用方面的可行性。氮掺杂石墨烯材料通过酸热协同处理获得,用硝酸进行预处理将更多的含氧官能团引入氧化石墨烯片层,以便三聚氰胺更好地进一步装饰在石墨烯边缘上,通过热处理方法使氮源发生热裂解同时完成脱氧还原过程,获得了特殊的泡沫形貌的样品。可以观察到氮掺杂石墨烯纳米片层上装载有许多尺寸约10 nm的泡沫状中空纳米片。氮原子嵌入在碳晶格中导致石墨烯结构特征的改变,从而提供了更多的缺陷和活性位点,进一步改善了电解质和电极表面之间的离子通道,提升了电极界面之间的传输速率,从而显着提高了氮掺杂石墨烯基电极材料的电化学性能。氮掺杂石墨烯表现出作为超级电容器电极材料的一系列优异特性:比如在酸碱电解质溶液兼具高比电容,令人满意的能量密度和优异的循环稳定性,结果表明材料在电极材料领域有很大的潜力。