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聚苯胺以其合成方便、形貌可控、成本低廉、环境友好等优点成为超级电容器电极材料研究的重要材料之一。但是实现聚苯胺电极材料的工业化应用,尚有许多关键技术需要突破,如较低的比电容、差的循环稳定性等。本文以硅氧化合物、聚苯胺为研究对象,设计并合成得到了结构不同的聚苯胺/硅氧化合物杂化电极材料,系统考察了材料的微观结构、电化学性能。结果表明:本工作所制备的聚苯胺/硅氧化合物杂化材料具有不同层级分布的多孔结构;通过对复合材料的结构设计和制备工艺创新,增加了材料的比表面积,提高了复合材料的结构稳定性;所得材料显示了较高的比电容保持率、循环稳定性以及综合使用性能。具体工作如下:一、选择纳米二氧化硅作为硬模板,通过原位聚合得到聚苯胺/二氧化硅复合材料,再将模板脱除,制备得到不同层级分布的多孔聚苯胺电极材料。经红外光谱、紫外光谱分析,验证了目标产物为聚苯胺多孔材料。考察了不同二氧化硅用量对多孔材料比表面积的影响。二氧化硅模板的使用,提高了材料的比表面积,当苯胺/二氧化硅质量比为1:2时,所得多孔材料的比表面最大(55.89 m2 g-1);电极材料的比表面积可通过在一定范围内二氧化硅的用量进行调节。多孔聚苯胺因其较大的比表面积和大孔、介孔的多级孔道,为电解液离子的扩散提供了有效通道。电化学测试结果为:当电流密度为1 A g-1时,多孔聚苯胺电极材料的比容量值高达397 F g-1,远高于无孔聚苯胺的比电容(182 F g-1)。多孔结构的存在改善了纯聚苯胺的循环稳定性。经500圈循环测试后,多孔聚苯胺保持了76%的初始比容量,而无孔聚苯胺仅保持了65%的初始比容量,这主要是因为（i）多孔结构利于电极与电解液之间的有效接触,提供了更多氧化还原反应活性位点;（ii）多孔结构有利于电子和离子的快速传输,从而提高了聚苯胺纳米电极材料的电化学利用率,使其电化学性能有很大的提高;（iii）多孔结构利于反应过程中离子的反复嵌入、脱出,从而提高电极材料的循环稳定性。二、将上述聚苯胺/二氧化硅复合材料通过高温碳化、模板脱除制备得到氮掺杂多孔碳（N-HPC）电极材料。碳化前后样品的微观结构基本保持,但是碳化后样品的颗粒比碳化前小,这主要是因为在高温碳化的过程中,样品中H、N、O等元素溢出、材料收缩所致,这与文献报道一致。考察了二氧化硅模板用量对电极材料多孔结构的影响,当无二氧化硅模板时,制备的N-C材料孔径分布较宽;而以二氧化硅为模板制备的氮掺杂分级多孔材料的孔径分布相对较窄;随SiO2模板含量的增加,材料中中孔比例显著增加。氮掺杂碳材料内部含有介孔、大孔,呈现为多层级分布的多孔结构。其中,大孔结构缩短了离子扩散路径,而介孔可促进离子快速转移,因此,多层级分布具有良好的电化学性能。三电极测试结果表明:在0.5 A g-1的电流密度下,N-HPC（1:3）的比电容值高达218.75 F g-1;在10 A g-1的电流密度下,1000圈充放电测试后,比电容保持率高达99%,说明材料具有良好的比电容保持率和优异的循环稳定性。三、选择含苯胺基的硅烷偶联剂对二氧化硅进行功能修饰,制备了聚苯胺/苯胺改性二氧化硅复合材料。通过对二氧化硅表面改性,既避免了二氧化硅纳米粒子的团聚现象,又在无机纳米的结构上引入可反应的苯胺基活性官能团;将结构稳定的无机纳米粒子通过化学键合的方式引入到导电聚苯胺的骨架材料中,提高了电极材料的循环寿命。对苯胺改性二氧化硅及其聚苯胺/苯胺改性二氧化硅复合材料采用红外谱图、X射线衍射图谱进行了结构验证;借助机械搅拌和超声分散的双重作用,使所得电极材料的表面形貌较规整。同时考察了不同改性二氧化硅（M-SiO2）用量对电极材料的微观形貌的影响,与纯聚苯胺相比,聚苯胺/苯胺改性二氧化硅复合材料的纤维直径更小,比表面积较大。当M-SiO2用量为苯胺质量的1%时,所得复合材料的结构更规整,比表面积最大。三电极测试结果表明:在电流密度为1 A g-1时,PANI/M-SiO2（1%）的比电容值达到307.5 F g-1。采用循环充放电方式测试电极材料的循环寿命,发现聚苯胺/苯胺改性二氧化硅的比电容保持率均优于纯聚苯胺,具有优异的循环稳定性。四、借助氢键诱导力的作用,制备得到有机/无机杂化的聚苯胺/八氨基笼型倍半硅氧烷（POSS-NH2）复合材料。通过纳米级POSS的笼型骨架作用,提高了复合材料的结构稳定性,增强了材料的综合使用性能。在碱催化条件下,高效、高产制备得到POSS-NH2,利用核磁共振进行结构确认;考察了POSS-NH2用量对电极材料的微观结构和电化学性能的影响。氮气吸附脱附测试结果表明,当POSS-NH2用量为苯胺质量5%时,聚苯胺/八氨基笼型倍半硅氧烷复合材料的比表面积最大(28.52 m2 g-1)。在电流密度为1 A g-1时,PANI/POSS-NH2（5%）的比电容值达到272.5 F g-1。在电流密度为8 A g-1下循环充电5000圈,PANI/POSS-NH2（5%）比电容保持率为64.44%,优于纯聚苯胺（19.58%）。氢键作用下,POSS与PANI两种材料协同作用,保证了复合材料具有良好的比电容保持率和优异的循环稳定性。