碳纳米材料对推进现代科学技术的发展和满足高功率高能量储能器件的重大战略需求具有十分重要的作用。因此,碳基超级电容器在新能源汽车、信息技术、航空航天和国防等领域都有广阔的应用前景。本文针对电极材料在能量存储过程中电荷储存效率低的问题,采用缺陷构建的策略精准构筑多孔碳纳米材料,解决碳纳米材料能量密度低的技术难题,具体研究内容如下:1.针对碳纳米材料无法理想化定制的问题,提出了分子剪刀剪切的新策略,实现了不同维度碳纳米材料的可控裁剪,揭示了分子剪刀的剪切机理,获得缺陷丰富和电导率高的碳纳米材料,解决了分子水平上构建碳纳米材料的技术难题。基于分子剪刀剪切策略,所构筑的碳纳米材料具有较高的比表面积(1685 m~2g-1)和适宜的孔径分布。通过优化分子剪刀的活性温度和剪切时间,成功实现了不同维度碳纳米材料的可控化构筑。而且,通过调节分子剪刀的剪切活性,成功实现了不同碳纳米材料的可控裁剪。在PVA/Na2SO4凝胶电解质中,基于管状纳米碳超结构的柔性超级电容器在功率密度为3520 m W cm-3的条件下,能量密度高达4.63 m Wh cm-3。2.针对传统KOH研磨活化导致孔分布不均匀的问题,提出了分子预嵌入的策略,揭示了空位缺陷的产生机制,实现了高比表面积和合适孔径分布的多孔碳纤维的可控构筑。通过控制KOH分子预嵌入的浓度,成功实现不同尺寸孔结构的精准调控。以6mol/L的KOH作为电解液,多孔碳纤维基扣式对称型超级电容器在功率密度为0.25 k W kg-1的条件下,能量密度为5.89 Wh kg-1。即使功率密度高达10 k W kg-1,能量密度仍然有3.78 Wh kg-1。另外,超级电容器循环充放电10000周,其容量保持率高达92.6%。3.针对生物质碳材料微孔结构与电解液离子的尺寸匹配问题,提出了双空位缺陷构建的策略,揭示了层级孔结构的调控机制,实现了高比表面积(1529 m~2g-1)的多层级孔结构的精准调控。以6 mol/L的KOH作为电解液时,三维多孔碳材料不仅具有优异的倍率性能,而且拥有高的质量比电容为248 F g-1。以EMIMBF4离子液体作为电解液时,三维多孔碳扣式超级电容器表现出良好的双电层电容特性,而且其质量比电容高达38.2 F g-1。当功率密度为875 W kg-1,对应的能量密度高达61.3 Wh kg-1。