超级电容器又称为化学电容器，是一种电能储存装置。这种器件具有快速充放电能力，其功率密度高并且绿色环保。它通常用于便携式电子通讯工具中，为其提供电能。此外，电动汽车的制动能量回收系统中也能用到超级电容器，更值得注意的是，将来超级电容器很可能会取代电池。超级电容器的电极材料分为碳材料，过渡金属氧化物以及导电聚合物等。石墨烯是一种新型碳材料，它的导电性很强，比表面积大，广泛应用具有于超长使用寿命的双电层电容器中。可是在实际使用过程中，石墨烯片层之间会发生团聚，导致电化学活性面积降低以及电解液扩散困难，最终引起比电容衰减。为了有效避免石墨烯的团聚，材料学家们开发了一种具有一定形状和体积的石墨烯，这种石墨烯称为三维石墨烯（3DGN）。3DGN内部具有连续贯通的孔洞，各个孔壁的距离远远超出了石墨烯片层之间的引力范围，能够有效抑制石墨烯片层的团聚。此外，其典型的立体构型非常适合其他超级电容材料均匀地生长，抑制这些活性材料的团聚。为了进一步增强3DGN的比电容，本实验将三维石墨烯分别与三氧化二铁、二氧化锰复合，制备出了3DGN/Fe2O3和3DGN/MnO2复合材料，并利用 X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶红外光谱（FTIR）、场发射扫描电镜（FESEM）和透射电镜（TEM）等测试方法对电极材料的成分、形貌进行了分析，通过恒流充放电、循环伏安以及电化学阻抗等测试方法分别对3DGN/Fe2O3和3DGN/MnO2的电化学性能进行了分析计算。本文的主要研究内容如下：　　（1）利用原位还原自组装法制备出三维石墨烯水凝胶，经过冷冻干燥获得了未经复合的三维石墨烯气凝胶，这种材料具有典型的空间骨架结构，其内部丰富的孔洞能够为电解液离子提供顺畅的通道，而连续的石墨烯网络形貌为其他活性材料提供了广阔的生长空间，非常适合用作超级电容器电极材料。　　（2）利用三维石墨烯水凝胶分别与高铁酸钾和高锰酸钾进行复合，得到了3DGN/Fe2O3以及3DGN/MnO2复合材料。这类三维石墨烯复合材料在使用的过程中不需额外的添加剂（导电剂、粘结剂），避免了杂质对性能的干扰，能够准确的反映出材料的电化学性能。此外，复合材料内部生长着细小的金属氧化物晶体，这些晶体沿着三维石墨烯骨架均匀地平铺在石墨烯片层表面，这种形貌避免了晶体的团聚，能充分发挥赝电容材料的电容性能。对3DGN/Fe2O3的电化学性能进行研究，发现当复合时间为120min时，其比电容能达到436.7Fg-1。继续进行寿命测试，发现当循环测试500次之后其比电容依然能够保持首次充放电的70.3%。对3DGN/MnO2进行研究发现当复合时间为1.5h时，其比电容能够达到358.4Fg-1。继续进行寿命测试，发现当循环测试500次之后其比电容依然能够保持首次充放电的73%。