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随着全球气候变暖、臭氧层破坏、雾霾等环境问题的日益加剧以及化石能源消耗问题的日益严峻,亟待研究并应用新型、高效的能量存储与转化装置。超级电容器（暨电化学电容器）与电池相比具有更高的功率密度;与传统电容器相比具有更高的能量密度。其具有循环使用寿命长、可靠性高、充放电速度快、环境友好等优势。为了最大限度的发挥超级电容器的优势,作为其重要组成部分的电解质与电极材料成为当前研究的热点。针对电极材料的研究,目前主要集中于研究以碳材料为主的双电层电容材料及以过渡金属氧化物、导电聚合物为主的赝电容材料。导电聚合物聚苯胺由于其具有易于合成、高掺杂率、高导电性、高的理论比电容以及环境友好等优势而被广泛研究,但其主要缺点是循环稳定性较差,这主要是因为聚苯胺在充放电过程中,反复的掺杂与脱掺杂使其体积反复膨胀与收缩,致使其机械结构被破坏,直接导致的结果就是聚苯胺在应用于超级电容器电极材料时具有较差的循环稳定性。聚苯胺用于超级电容器电极材料的另一缺点是其实际比电容值（主要取决于材料与电解液的接触情况）与理论值相去甚远。本论文针对聚苯胺用于超级电容器电极材料时循环稳定性差及比电容值较小的问题,从材料复合及微观结构设计角度做了以下研究:一、使用简单一步水热法合成的刺猬状介孔二氧化钛纳米球作为支撑材料,通过使用硅烷偶联剂在其表面原位聚合聚苯胺合成了刺猬状介孔二氧化钛纳米球/聚苯胺（UMTS/PANI）纳米复合物。SEM与XRD等结构分析测试结果表明:聚苯胺组装在刺猬状介孔二氧化钛球的周围,与内核纳米球有着紧密的作用,作为支撑材料的高比表面积的刺猬状介孔二氧化钛球不仅提高了聚苯胺与电解液的接触面积,而且协同硅烷偶联剂对聚苯胺的结构进行了加固。电化学测试进一步表明:由于材料使用高比表面积的支撑材料并采用了独特的结构设计,所得复合物具有优异的电化学性能,如良好的循环稳定性(在7 A g-1的电流密度下连续充放500次后比电容值几乎没有损失)、高的比电容值(在0.7 A g-1的电流密度下,复合材料的比电容值为422 F g-1)。二、针对上述研究中使用的高比表面积刺猬状介孔二氧化钛纳米球导电性较差的问题。在上述研究工作的基础上进一步对复合材料的内核进行了改进,将二氧化钛纳米球在氨气的气氛下进行氮化,能量色散面谱图显示氮化后的纳米球N元素分布均匀,同时X射线衍射结果表明二氧化钛纳米球已被完全氮化为氮化钛纳米球,SEM、TEM及BET分析测试结果显示氮化后的纳米球为分级多孔球（中空,表面由许多小片组成,形成许多孔）,同时仍具有较高的比表面积。与氮化之前的刺猬状介孔二氧化钛球相比,氮化后的分级多孔氮化钛球具有孔径分布多样及导电性好等优势。随后使用硅烷偶联剂原位聚合的方法在其表面组装了聚苯胺,获得了分级多孔氮化钛球/聚苯胺（HPTNS/PANI）纳米复合材料。电化学测试证实该材料具有良好的电化学性能(在0.5 A g-1电流密度下其比电容值可以达到530.8 F g-1)。三、研究一中使用硅烷偶联剂虽然提高了材料的循环稳定性,但硅烷偶联剂固有的导电性差的问题会限制材料的电化学性能。本研究从微观结构设计的角度限制充放电过程中聚苯胺体积的膨胀与收缩以提高其循环稳定性,旨在提高材料循环稳定性的同时提高材料的电化学性能。本研究首先在不使用硅烷偶联剂的情况下在刺猬状二氧化钛球表面原位聚合聚苯胺,接着利用聚苯胺带正电荷,氧化石墨烯带有负电荷的特性将上述二元复合材料通过静电作用插层于氧化石墨烯层间,最后将氧化石墨烯还原为石墨烯制得了刺猬状介孔二氧化钛球/聚苯胺/还原氧化石墨烯（UMTS/PANI/RGO）三元复合材料。该材料具有良好的循环稳定性的同时亦具有较高的比电容值,是一种理想的电化学能量存储装置电极材料。四、针对研究三中使用的石墨烯虽然具有独特的优势,但合成工艺较为复杂的问题,本研究在材料的制备过程中使用了石墨烯的替代物——类石墨烯的二硫化钼。该研究首先为了使得聚苯胺能够与电解液进行尽可能充分的接触,使用二氧化硅纳米球为模板合成了大孔聚苯胺纳米棒,紧接着利用四硫代钼酸铵与聚苯胺间的氧化还原作用,一步将类石墨烯的花状二硫化钼包覆于大孔聚苯胺纳米棒周围,获得了大孔聚苯胺纳米棒@二硫化钼（MPN@Mo S2）纳米复合物。结构测试表明合成的结构简单稳定,电化学测试进一步表明材料的电化学性能优良(在0.5 A g-1的电流密度下MPN@Mo S2纳米复合物的比电容值高达602.9 F g-1,在2000次充放电后,该纳米复合物的比电容值仅仅损失了13.3%)。所有结果表明该复合物是一种理想的超级电容器电极材料。五、在上述研究的基础上,本研究使用了新型的高比表面积的分级多孔二氧化钛微球作为支撑材料,通过使用硅烷偶联剂在其表面原位聚合聚苯胺合成了分级多孔二氧化钛微球/聚苯胺复合物,接着采用了简单的部分刻蚀策略——使用HF部分蚀刻模板制得聚苯胺/HF部分刻蚀分级多孔二氧化钛微球（PANI/F-HPTM）复合材料,巧妙的部分刻蚀策略不仅使得材料的电化学性能进一步提高,同时保证了支撑材料独特形貌优势的发挥及对聚苯胺结构的加固作用。电化学测试表明制备的PANI/F-HPTM复合物具有高的比电容值及良好的循环稳定性。