石墨烯作为拥有众多优异性能的准二维材料,在电化学能量存储与转换等领域具有巨大的应用潜力。传统的石墨烯制备方法工艺复杂,环境污染严重,成本高,寻求操作简便、对环境污染小的石墨烯合成途径成为一大课题。超级电容器作为新一代储能体系,在电子和动力汽车等领域得到越来越多的应用。本文基于石墨烯材料在超级电容器中的应用为背景,提出一种以椰壳等生物质为原料、工艺简单、对环境污染小的三维石墨烯制备方法,并将其用于超级电容器。本文以椰壳为原料,提出以炭化-活化法制备三维石墨烯材料(3DPG),并确定了工艺参数:先在350 ℃下保温1h,并高温热处理2 h得到炭化料;活化剂(K2CO3)与炭化料质量配比为6:1,活化温度为900 ℃,保温1 h。该工艺下制备出的3DPG由褶皱的石墨烯片层相连且形成三维网络结构,具有大量的微孔和较高的比表面积(940 m2 · g-1)。另外,以核桃壳、杏壳、开心果壳及榛子壳为原料也获得了三维多孔石墨烯材料,证明该制备方法对其他种类的生物质具有一定的普适性。以3DPG、6 MKOH分别为电极材料和电解液,组装成二电极超级电容器。电化学测试结果显示3DPG具有良好的双电层电化学行为,比电容为132F·g-1(电流密度为1 A · g-1),单位面积比电容高达14.0μF·cm-2,1000次循环后容量保持91.7%,展现出良好的循环性能,同时多种电流密度下的恒流充放电测试表明3DPG具有良好的倍率性能。开展了以氢氧化钾和碳酸钾作为共同的活化剂,在工艺参数为:预炭化温度400 ℃,保温时间1 h,高温热处理得到炭化料。活化剂与炭化料质量配比采用KOH:K2CO3:炭化料=3:3:1,活化温度为800 ℃,保温时间2h的条件下制备出了具有高比表面积的三维石墨烯材料(HS-3DPG),比表面积为1350 m2.g-1。电化学测试表明HS-3DPG具有良好的双电层电化学行为,在1 A·g-1的电流密度下,比电容为156 F.g-1。不同电流密度下的恒流充放电测试结果说明HS-3DPG倍率性能良好。通过改变制备工艺中的碱炭比例得到具有不同孔结构的HS-3DPG,并用于超级电容器。结果显示,随着碱炭比的提高,孔容和孔尺寸不断增大,而材料的比表面先增加后降低;而随着比表面和介孔率的增加,电极材料的比容量也相应增加,说明大的比表面更有利于电解液离子的吸附,而介孔的存在也为电解液离子的运输提供了更为有利的通道。其中,具有最高比容量的样品经一千次循环后容量由 273.2 F.g-1 衰减至 240.4 F·g-1。