碳基超级电容器,是介于蓄电池和传统电容器间的一种新型储能器件,具有功率密度高,循环使用寿命长,安全环保等优点,在通讯产业和移动电子设备中广泛应用。但是其短板在于能量密度相对较低。因此,本论文从如下几个方面提升超级电容器能量密度。首先,通过调控炭材料骨架结构,孔洞形貌,增加与电解液接触面积。其次通过对炭前驱体与模板催化剂选择控制材料杂原子掺杂,优化炭材料在超级电容器中的电化学性能。主要内容如下:（1）制备超高比表面积炭材料,第一种利用大麦与柠檬酸铜在高温条件下共水解合成了目标炭材料,通过电镜分析发现材料中形成大量微/中孔,炭材料具有超高比表面积（2139.6 m~2/g）;第二种是以自制的Fe（OH）3为配位模板和原位诱导催化剂,通过初湿静置方法制备石墨化程度良好的蠕虫状介孔材料,最后碳化介孔炭前驱体得到了超高比表面积（1590 m~2/g）炭材料;第三种以Ca CO3为模板,同样是初湿静置的方法制备炭前驱体,碳化得到了一种褶皱薄片状炭材料,开孔形貌具有良好的亲水性,比表面积达到469 m~2/g。第四种以二维碳材料氧化石墨烯为碳源,通过氧化镁与超声分散得到高比表面碳材料,通过C3N4高温氮化还原氧化石墨烯,得到三维泡沫状介孔氮化还原氧化石墨烯。（2）引入杂原子官能团提高炭材料赝电容储能,增强电极亲水性。双电层电容器的电极储能方式是表面静电吸附。单纯提高材料比表面积无法突破能量密度上限瓶颈。富电子氧掺入碳网络,氧缺陷活性位点有利于在碳原子sp~2网络构型中产生额外氧化还原储能反应,提高材料能量密度。氮元素掺杂,氮原子取代碳原子而不破坏sp~2网络的构型有利于保持电导率,吡啶氮和吡啶酮氮具有六元环结构,可以通过氧化还原相互转换,为赝电容反应提供了丰富的电化学活性位点。综上所述,各类杂原子官能团掺杂提升材料电容量同时影响材料导电性,从而影响材料电储能能力。本文通过控制材料碳化温度调控杂原子含量,达到容量与导电性的最佳平衡状态。