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由于能源需求的日益增长和对空气污染、全球变暖问题等的深切关注,人们越来越希望研制出能量储存和转换的替代能源装置。与锂离子电池和传统的介质电容器相比,超级电容器可以提供更高的能量和功率密度,使其成为非常重要的储能装置。其中,电极材料的优劣是影响超级电容器能量输出的关键。本文通过不同的方法制备了分等级β-Ni(OH)2花状微球、分等级β-Ni(OH)2空心微球、graphene/Ni(OH)2复合物及3D graphene/Ni(OH)2复合物一系列不同形貌的电极材料。采用了 XRD、SEM、TEM、Raman、XPS等测试手段对产物进行表征,分析其晶型、组成及形貌等,并初步探讨了四种产物的合成机理。通过在三电极体系下对产物进行循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗等测试考查其电化学性能。采用L-arginine辅助水热法制备分等级β-Ni(OH)2花状微球,SEM图显示β-Ni(OH)2微球直径范围为800 nm-3μm,由统一纳米片彼此交错层层组装而成。由于L-arginine具有协调作用,使得Ni(OH)2纳米片在生长过程中免于团聚,是形成分等级花状微球的关键因素。将该电极材料进行循环伏安、恒电流充放电和交流阻抗测试,结果表明分等级β-Ni(OH)2花状微球在电流密度为5mA·cm-2下的最大比电容为1048.5 F g-1,经500次充放电循环后比电容仅衰减9.2%。采用L-lysine辅助水热法制备分等级β-Ni(OH)2空心微球,L-lysine作为修饰剂改变了晶体生长方向,从而改变了产物的形貌,说明L-lysine对于形成β-Ni(OH)2分等级空心结构起到了决定性作用。采用XRD、TEM对不同反应时间的产物进行了表征,结果显示β-Ni(OH)2是由大量纳米片在氨气气泡表面自组装成的分等级空心微球,相互交叉的纳米片间产生了许多孔隙结构,并探讨了其形成机理。由于β-Ni(OH)2独特的空间构型,增加了其电活性表面积,缩短了电解质离子扩散路径,大幅提高了产物的电化学性能。β-Ni(OH)2空心微球在6 mol·L-1 KOH电解液中当电流密度为5 mA·cm-2时,表现出的最大比电容为1398.5 F·g-1,在大电流密度50 mA·cm-2下,经过1000次充放电循环后电容损失率仅为8%,显示出良好的循环性能,说明该空心微球产物是一种理想的超级电容器电极材料。使用葡萄糖还原GO制备单层石墨烯纳米片,石墨烯表面上剩余的含氧官能团为Ni2+的吸附提供了适当的活性位点,使得Ni(OH)2均匀负载到石墨烯表面上,形成graphene/Ni(OH)2 复合物。通过 XRD、SEM、TEM 分别对 graphenefNi(OH)2 复合物、纯graphene及纯Ni(OH)2进行表征,结果显示复合物中的Ni(OH)2纳米晶尺寸远远小于纯Ni(OH)2颗粒,从而增加了与电解液的接触面积,这是由于graphene的引入提高了复合物的成核速率造成的。另外,Ni(OH)2纳米粒子均匀负载到graphene表面上,作为阻隔剂可以有效阻止石墨烯片堆叠,提升了石墨烯片的利用率,为缩短离子扩散路径提供了开放式的纳米通道。当电流密度为5 mA·cm2时,graphene/Ni(OH)2复合物获得了超高的比电容值1985.1 F·g-1,明显优于纯 graphene(176.2 F·g-1)和纯 Ni(OH)2(1054.3 F·g-1)。在30mA·cm-2的大电流密度下,经过500次的恒电流充放电后,其比电容值仍保持初始电容的93.5%,表现出了优异的循环稳定性。采用简单、可控的电化学还原法将Ni foam表面上包覆的GO还原成graphene,经过盐酸刻蚀后制得3D graphene,通过水热法在其表面原位生长Ni(OH)2纳米片,成功制备了 3D graphene/Ni(OH)2复合物。3D graphene完整保持了 Ni foam的多孔网络结构,机械强度高,质量轻,比表面积大,导电性强,与Ni(OH)2纳米片二者间发生协同效应,表现出优异的电化学性能。3Dgraphene/Ni(OH)2复合物作为独立支撑的电极材料,无需添加粘合剂,使得整体电极具有较低的内阻和较快的电子传输能力。在2 mol·L-1的KOH水溶液中,当电流密度为0.5 A-g-1时,该复合物的最大比电容为183.1 F-g-1(基于整体电极质量),明显高于Nifoam/Ni(OH)2(32.8F·g-1)。当功率密度为59.3kW·kg-1时,3D graphene/Ni(OH)2复合物呈现出高能量密度为6.9 Wh·kg-1,经过1000次充放电循环后,其电容值仍保持初始电容的91.2%,表现出很高的循环稳定性。由此可见,具有新型结构的3Dgraphene/Ni(OH)2复合物作为一种出色的SCs电极材料可以广泛应用到储能装置中。