超级电容器作为一种具有高功率密度、良好的循环稳定性和快充放电速度的新型储能器件,在汽车能源、消费类便携式电子产品和通讯设备等领域具有极大的应用价值和前景,是目前能源领域的一大研究热点。但是由于超级电容器的能量密度相较于目前已商业化的锂离子电池等储能器件具有较大差距,能量密度上的缺陷限制了超级电容器的进一步商业化推广,因此研制出具有高能量密度的超级电容器具有重要的应用意义。为了优化超级电容器的能量密度,本论文通过对碳材料进行杂原子掺杂以及制备碳材料/过渡金属氧化物复合材料的改性手段,进一步提高了碳材料的比电容,主要的方法和结果如下:活性炭作为目前商业化最成熟的碳材料,进一步提高其比电容具有重要意义。本论文制备了氮掺杂活性炭,并研究了氮在活性炭材料中的存在形式和氮掺杂活性炭在不同电解质溶液中的电化学性能,验证了氮原子的掺杂将赝电容行为引入活性炭,并提高了活性炭的比电容。表征结果表明氮在活性炭中的存在形式主要为吡咯氮、吡啶氮和石墨型氮。三电极体系下的电化学测试结果表明在1 mol/L的硫酸电解质溶液中,掺氮活性炭在1 A/g的电流密度下比电容为297.2 F/g,相较于未掺氮活性炭提高了12.1%,且掺氮活性炭具有良好的倍率性能,在10 A/g的电流密度下比电容保持率为80.8%,同时还具有优秀的循环性能,电容保持率为98.7%（10000次循环后）。石墨烯由于其高导电性和理论高比表面积和独特的二维结构,极其适合作为复合材料的碳基底。本论文采用一步水热法制备rGO/MoO₃复合材料。本文首先研究了温度对于水热过程中MoO₃形核生长的影响,不同酸性溶液对于rGO/MoO₃复合材料形貌的影响,并选择合适的反应条件,通过一步水热法制备出了还原氧化石墨烯/氧化钼复合材料。在水热过程中,氧化石墨烯在被还原的同时,钼酸铵也在氧化石墨烯表面转化为氧化钼,且氧化钼的存在形式为α-氧化钼,这种复合结构为氧化钼提供了更高的比表面积和快速的电子传导路径。电化学测试结果表明,rGO/MoO₃复合材料在1 mol/L的硫酸电解质溶液中的比电容达到313.5 F/g（1 A/g）,相较于还原氧化石墨烯的比电容（109F/g）提升了187%,相较于纯MoO₃材料（177.5 F/g）提升了76.6%。另外rGO/MoO₃复合材料相较于MoO₃具有更优异的倍率性能,在8A/g的大电流下的比电容保持率为54.5%,高于MoO₃的37.7%。