有机碳/碳超级电容器虽然具有宽的电压窗口和高的能量密度,但有机电解液存在安全隐患并可能对环境造成污染,因此,人们一直在探索更为安全、环保的超级电容器体系。水系碳/碳超级电容器因具有安全环保、成本低廉等优势引起了广泛关注。但是,由于受到电解液中溶剂水低稳定电势（<1.23 V）的制约,低工作电压窗口限制了水系碳/碳超级电容器能量密度的提升。增加碳电极的析氢和析氧过电势能扩大电极电势,从而拓宽水系碳/碳超级电容器的工作电压窗口。在本论文中,围绕提升碳电极的析氢和析氧过电势进而提高水系碳基超级电容器的稳定工作电压窗口这一核心,我们提出了碳电极表面物化性质调控策略。首先,基于碳材料表面官能团类型和含量调控策略,调控电极表面性质,优化碳电极电荷存储能力。在混酸溶液中,使用电化学氧化法,将活性官能团嫁接在碳纤维布表面,制备出富含氮/氧官能团的碳纤维布电极,碳纤维布的比表面积和孔体积也得到了提升。通过优化实验参数,获得电化学性能最优的碳纤维布电极。其表现出宽的电势范围（-1⁰ V和0⁰.8 V）、高的面积比容量、良好的倍率特性和优异的循环稳定性。组装的准固态碳纤维布基超级电容器具有2 V的电压窗口和9.4 mWh cm^-3的体积能量密度。将所制备的大尺寸超级电容器用作电源能够驱动电子手表工作将近9 h。其次,基于碳负极表面涂覆策略,调控超级电容器循环过程中碳正极表面性质,以获得稳定的高电压窗口水系超级电容器。在碱性官能团修饰的碳纤维布负极（OI-CC）表面涂覆六边形片状的多晶ZnSO₄·3Zn（OH）₂粉末,制备出在2.1 V电压窗口下稳定循环的水系碳基超级电容器。在18 mA cm^-2的电流密度下,经过13000次循环后,器件仍有近100%的容量保持率。分析发现,所制备的水系碳基超级电容器之所以能够在2.1 V的高电压窗口下稳定循环是因为在OI-CC负极涂覆ZnSO₄·3Zn（OH）₂避免了碳纤维布CC正极表面的电化学氧化,抑制了循环过程中正极容量的衰减。再则,基于碳负极表面pH值调控策略,且避免导电剂和粘结剂的引入,拓宽负极稳定工作电势范围。采用电化学沉积法将Zn/Zn₄SO₄（OH）₆·4H₂O复合物（ATDS）沉积在OCC（也就是OI-CC）表面,以形成的ATDS@OCC作为负极与CC正极匹配,获得具有2.1 V和2.5 V电压窗口的ATDS@OCC//CC水系超级电容器。在18 mA cm^-2的电流密度下,2.1 V的ATDS@OCC//CC经过19000次循环后,容量保持率接近100%。2.5 V的ATDS@OCC//CC经过4900次循环后,同样具有优异的容量保持率,体积能量密度和质量能量密度分别达到20 mWh cm^-3和29 Wh kg^-1。分析表明,ATDS@OCC//CC水系超级电容器之所以能够在高电压窗口下工作,是因为ATDS作为碱性物质协同碱性官能团一起抑制了负极氢气的析出,拓宽了碳负极的电势区间。最后,在前述负极表面性质调控的基础之上,使用超浓电解液调控碳正极表面性质,获得能够在更高电压窗口下工作的水系超级电容器。由于从实验上发现,随着超级电容器电压窗口的提高,循环后的负极呈现增强的析氢过电势,而正极的电化学性能相对较差,因此,探索了采用8 mol kg^-1 NaClO₄/（H₂O）_1.5/（AN）_2.4超浓电解液改善正极的电化学性能。研究表明,CC正极在该电解液中具有0¹.2 V（vs SCE）的稳定电势窗口;为了获得具有更宽稳定工作电压窗口的水系碳/碳超级电容器,以ATDS@OCC为前驱体,研究制备了Zn/6Zn（OH）₂·ZnSO₄·4H₂O@OCC（ZZH@OCC）负极。在1 M Na₂SO₄水系电解液中,ZZH@OCC负极具有-1.7⁰ V（vs SCE）的稳定电势窗口。DFT模拟计算表明,6Zn（OH）₂·ZnSO₄·4H₂O中的Zn²⁺对初生氢具有很强的吸附能力(（35）G_H*=-0.89eV),抑制了氢气的析出,拓宽了CC负极的电势区间;基于上述对正极侧和负极侧的研究,采用丹尼尔电池中的盐桥将这两种电解液连接起来,制备出具有2.9 V电压窗口的丹尼尔构型水系碳/碳超级电容器原型器件。经过5000次循环后,容量保持率约为90%,质量能量密度为25 Wh kg^-1。通过调控碳纤维布电极表面的物化性质,使水系碳/碳超级电容器的稳定工作电压窗口扩展到2.9 V,质量能量密度达到29 Wh kg^-1,与已报道的超浓水系电解液和有机电解液碳/碳超级电容器的电压窗口和能量密度相当。所提出的碳电极表面物化性质调控策略对开发水系高性能能量存储器件有重要的参考价值。