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超级电容器现如今被认为是最有前途的储能设备之一，由于其快速充放电特性，可以达到100,000次的循环稳定性。此外，超级电容器还可以提供比传统电容器更高的能量密度和比可充电电池更高的功率密度，从而弥合了传统电容器和电池之间的差距。而精心选择电极材料对于超级电容器至关重要，因为电极材料是影响其电化学性能的主要因素之一。在诸多电极材料中，碳球具有形貌均匀、孔隙和粒径可调等优点，在催化、光学和储能等领域具有广阔的应用前景。本文对碳球的结构及杂原子掺杂进行了研究，实现了碳球电化学性能的提高。主要研究工作如下：
1)通过两步涂覆过程成功制备了用于超级电容器的核壳碳球。以间苯二酚/甲醛(RF)树脂球为内核，以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，间苯二酚/甲醛/乙二胺(EDA)为聚苯并恶嗪(PB)前驱体，包覆SiO2和聚苯并恶嗪/二氧化硅(PB/SiO2)双壳层，实现了空腔和多孔碳壳结构。得到的多孔核壳碳纳米球(PYCNs)具有均匀的球形形貌、均匀的粒径和一定的比表面积。由于PYCNs具有多孔和核壳结构，在0.5A g-1时能获得236F g-1的高比电容，在800W Kg-1时能达到16.2Wh Kg-1的显著能量密度，10,000次循环后能达到初始电容的89.9%。
2)报道了一种简单的包覆活化方法，制备具有增大介孔的有序介孔碳球。通过用SiO2/[C16Mim]Br(SiO2/ILs)层包覆酚醛/F127(PF/F127)聚合物球，使用离子液体(ILs)作为表面活性剂和氮源，在热解和蚀刻后获得的介孔碳球称为MC-I。当用作电极材料时，MC-I在1A g-1时表现出277F g-1的高比电容，并且在10,000次循环后具有极好的95.8%的循环稳定性。此外，当充放电速率从0.5A g-1增加到10A g-1时，电容保持率达到82.5%。可以预见，MC-I在电化学储能方面有潜在的应用前景。
3)介孔中空碳球(MHCs)由于其低密度，高的表面体积比，中空内部结构和介孔结构而在超级电容器有潜在的应用。与传统的介孔碳或活性炭材料相比，MHCs的内部大空间可提供储存空间并实现多种功能。通过简单的固-固研磨和六水合硝酸钴协同热解捕获，使用小分子有机物3-氨基苯酚和SiO2@mSiO2作为碳源和硬模板制备MHCs。所得的MHCs-3具有较厚的碳壳，较高的比表面积和一定的电化学性能，当用作电极材料时，在0.5A g-1的电流密度下具有230F g-1的电容值；当电流密度增加至10A g-1时，实现了高的84.4%的电容保持率；此外，MHCs-3具有高的循环稳定性，在10,000次循环后，有91.1%初始电容保持。在催化，生物医学等领域具有潜在应用。
1)通过两步涂覆过程成功制备了用于超级电容器的核壳碳球。以间苯二酚/甲醛(RF)树脂球为内核，以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源，间苯二酚/甲醛/乙二胺(EDA)为聚苯并恶嗪(PB)前驱体，包覆SiO2和聚苯并恶嗪/二氧化硅(PB/SiO2)双壳层，实现了空腔和多孔碳壳结构。得到的多孔核壳碳纳米球(PYCNs)具有均匀的球形形貌、均匀的粒径和一定的比表面积。由于PYCNs具有多孔和核壳结构，在0.5A g-1时能获得236F g-1的高比电容，在800W Kg-1时能达到16.2Wh Kg-1的显著能量密度，10,000次循环后能达到初始电容的89.9%。
2)报道了一种简单的包覆活化方法，制备具有增大介孔的有序介孔碳球。通过用SiO2/[C16Mim]Br(SiO2/ILs)层包覆酚醛/F127(PF/F127)聚合物球，使用离子液体(ILs)作为表面活性剂和氮源，在热解和蚀刻后获得的介孔碳球称为MC-I。当用作电极材料时，MC-I在1A g-1时表现出277F g-1的高比电容，并且在10,000次循环后具有极好的95.8%的循环稳定性。此外，当充放电速率从0.5A g-1增加到10A g-1时，电容保持率达到82.5%。可以预见，MC-I在电化学储能方面有潜在的应用前景。
3)介孔中空碳球(MHCs)由于其低密度，高的表面体积比，中空内部结构和介孔结构而在超级电容器有潜在的应用。与传统的介孔碳或活性炭材料相比，MHCs的内部大空间可提供储存空间并实现多种功能。通过简单的固-固研磨和六水合硝酸钴协同热解捕获，使用小分子有机物3-氨基苯酚和SiO2@mSiO2作为碳源和硬模板制备MHCs。所得的MHCs-3具有较厚的碳壳，较高的比表面积和一定的电化学性能，当用作电极材料时，在0.5A g-1的电流密度下具有230F g-1的电容值；当电流密度增加至10A g-1时，实现了高的84.4%的电容保持率；此外，MHCs-3具有高的循环稳定性，在10,000次循环后，有91.1%初始电容保持。在催化，生物医学等领域具有潜在应用。