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能源危机与环境问题是当前人类社会面临的两大挑战,随着世界人口的增长与全球经济的发展,开发高效、清洁、可持续的新能源以及先进的能量存储与转换器件已经成为当务之急。超级电容器,又称为电化学电容器,具有功率密度大、充放电速度快、循环寿命长、安全性能好、成本低廉以及绿色环保等优点,是一种新型的储能装置。众所周知,电极材料是决定超级电容器性能的一个重要因素,所以开发高性能电极材料已成为近年来的研究热点。一维纳米结构具有较大的长径比,能够增加电极与电解液之间的可接触面积,并缩短电子与离子的传输路径,有利于提高电极的电容性能。超级电容器常用的电极材料包括碳材料、金属氧化物（MOs）、导电聚合物等,然而,单一组分电极材料由于较小的理论比电容（碳材料）、较低的导电性（MOs）、较差的循环稳定性（导电聚合物）以及不理想的表面性质等,已经无法满足应用要求。一般认为,设计和构筑复合纳米结构材料,利用各组分间的协同效应,充分发挥其效能,是增强超级电容器电极性能的一种有效手段。本论文以上述三种常用的电极材料为研究对象,从设计与构筑一维复合纳米结构的角度出发,旨在通过对材料的组成与形貌进行调控,来改善超级电容器电极的性能,进而为一维复合纳米结构材料在能量存储领域的应用奠定一定的科学基础。具体内容如下:1.一维导电聚合物基电极材料:导电聚合物,尤其是聚苯胺（PANi）,是一种典型的赝电容材料。以PANi为基底或壳层,利用简单温和的模板法,在体系中引入无机组分,通过改善PANi自身性能或防止MOs溶解,来提高一维复合电极材料在中性电解液中的电容性能。（1）以Bi2S3纳米线为牺牲模板和Bi源,HCl为掺杂剂和Cl源,在低温下,“一锅”合成了新颖的PANi刺/Bi OCl片一维多级纳米结构材料（BPB）。相邻PANi刺之间的空隙有利于电解液离子的扩散,同时,Bi OCl对掺杂H+的稳定作用能使BPB在中性条件下保持电化学活性。与HCl掺杂的PANi电极相比,该异质结构电极表现出较高的比电容（169.9 F g-1,0.5 A g-1）与倍率性能（15.6%,4.0 A g-1）,其循环稳定性也有所提高。（2）以单晶VO2纳米带为活性模板,利用原位聚合法,将PANi壳层均匀地沉积在VO2表面,得到了VO2@PANi同轴纳米带。该方法不需要表面活性剂的辅助,通过调节反应时间与体系p H,可以扩展到核/卵黄-壳或中空无机/有机功能纳米材料的合成。所制备的VO2@PANi电极具有较高的比电容值,为246.0 F g-1（0.5 A g-1）,高于VO2电极的160.9 F g-1与HCl掺杂PANi电极的139.4 F g-1;同时,VO2@PANi电极的倍率性能也有所改善,当电流密度增大10倍时,其比电容保持率能够达到27.3%,而VO2电极仅为11.3%;1000次充放电循环后,VO2@PANi电极的比电容为初始值的28.6%,高于HCl掺杂的PANi电极（2.8%）。2.一维金属氧化物基电极材料:除了导电聚合物,无机MOs是另一种常用的赝电容材料。α-Fe2O3具有较高的理论比电容,且无毒性、耐腐蚀、原料来源丰富,然而,其较差的导电性导致比电容的实验值远低于理论值。为了解决上述问题,我们将α-Fe2O3与其它MOs复合,即以静电纺α-Fe2O3纳米管为主体,通过掺杂V2O5与包覆MnO2壳层两种方式,对复合材料的结构与组成进行设计调控,来改善其电化学性能。（1）结合静电纺丝与高温烧结技术制备了一系列不同组成的V2O5/α-Fe2O3纳米管。当V2O5/Fe2O3质量比为1.0%时,复合电极材料表现出较高的比电容（183 F g-1,1.0 A g-1）与循环稳定性（81.5%,200次循环）,且其倍率性能与α-Fe2O3纳米管电极相当（>60%,5.0 A g-1）。（2）以静电纺α-Fe2O3纳米管为核,利用简单的化学浴沉积法,合成了不同MnO2含量的α-Fe2O3@MnO2核壳异质结构材料。与基于MnO2纳米结构的电极相比,该复合材料,尤其是FM10020（MnO2含量为60.1 wt%）,具有较大的比电容值（289.9 F g-1,1.0 A g-1）、较好的倍率性能（40.8%,5.0 A g-1）与较高的循环稳定性（85.3%,1200次循环）。3.改性碳纤维基电极材料:对于两种MOs的复合电极材料,由于存在电化学溶解与导电性差的问题,导致其电容性能在很大程度上并不理想。改善MOs电极材料性能的另一种可行方法是将其与导电基质复合。静电纺碳纳米纤维（CNFs）除了具有碳材料的固有优点外,其可加工性强,孔结构可调,被认为是良好的导电支撑基底。在聚合物纺丝液前驱体中引入金属盐,可以有效提高CNFs基质的石墨化程度,并造成多孔结构,从而得到改性的C-MOx复合纳米纤维。我们主要以C-MOx为支撑基质,通过在其表面修饰含氮碳层或包覆MnO2壳层,来增强多元复合体系电极材料的电化学性能。（1）采用静电纺丝、化学气相聚合与高温煅烧技术,制备了表面含氮的C-Co Ox-C多孔复合纳米纤维。由于较高的含碳量与较大的Co Ox粒子,C-Co Ox-C电极的比电容并不理想;然而,与C-Co Ox相比,C-Co Ox-C含氮碳层良好的导电性与独特的保护机制使其倍率性能与循环稳定性均较高。（2）以静电纺C-MOx（M=Mn、Cu、Co）复合纳米纤维为基底,在其表面沉积MnO2层,得到一系列C-MOx@MnO2一维核壳异质结构。通过提高碳纤维基底的石墨化度或混入金属Cu,有效改善了C-MOx@MnO2的导电性,同时,C-MOx核不仅可以作为活性材料参与电荷存储过程,还能充当导电基质使壳层MnO2充分利用,并引入协同效应。与基于CNFs@MnO2核壳结构的电极相比,C-MOx@MnO2电极表现出较高的比电容与倍率性能,且循环稳定性良好。这些实验结果将会为进一步增强碳纤维或金属氧化物基电极材料的电容性能提供可选择的途径。