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超级电容器拥有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长等优点,成为电动汽车、便携式和固定式储能装置中最先进的储能设备之一。根据能量存储机制的不同,超级电容器可划分为双电层电容器、法拉第赝电容器和混合型超级电容器。其中,碳基双电层电容器成本低、循环稳定性好,是目前研究最为广泛的超级电容器之一。石墨烯因其具有高的比表面积、优异的导电性、化学稳定性和机械柔韧性,成为一种极具吸引力的碳材料,在超级电容器中得到了广泛应用。然而,石墨烯片层间易发生团聚,导致其比表面积和电导率值低于理论水平,因此无法最大限度地发挥其优异的电化学性能。杂原子的掺杂可以有效地改变石墨烯的结构和性质,抑制石墨烯的团聚,进而提高其电化学性能。离子液体具有电化学窗口宽、热稳定性好以及化学稳定性高等特点,将其作为电解液,对提高超级电容器的能量密度具有重要意义。基于此,本文以氧化石墨烯（GO）为前驱体,选用不同杂原子掺杂剂,设计并制备了一系列氮硫共掺杂的石墨烯气凝胶,对其形貌结构以及化学组成进行了深入研究,并将其作为对称型纽扣式超级电容器的电极材料,以离子液体（1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐,EMIMBF4）为电解液对材料进行电化学性能研究。主要研究内容和成果如下:1、以富含杂原子的三聚硫氰酸（TTCA）为掺杂剂,采用温和的水热法,通过调节反应物料比,制备具有类棉絮状结构的氮/硫共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶（N/S-rGA-1）。结果表明:所获得的N/S-rGA-1具有互连的多孔结构以及高的含硫量（4.1%）。此外,N/S-rGA-1还有拥有较高的电导率(11.5 S cm-1)。N/S-rGA-1在1 A g-1的电流密度下具有180.5 F g-1的高比电容。当电流密度从1 A g-1增加至10 A g-1时,材料的电容保持率为74%,表明材料具有良好的倍率性能。当功率密度为0.9 kW kg-1,基于N/S-rGA-1的超级电容器的能量密度为75.0 Wh kg-1。2、以巯基乙胺为杂原子掺杂剂,一锅水热法合成了三维多孔氮硫共掺杂石墨烯气凝胶（NS-GA）。在两电极测试体系下,NS-GA的比电容可达191.7 F g-1,与未掺杂的石墨烯气凝胶(GA,117.2 F g-1)、硫掺杂石墨烯气凝胶(S-GA,152.0 F g-1)和氮掺杂石墨烯气凝胶(N-GA,171.5 F g-1)相比,具有较好的电化学性能。随着电流密度的增加,NS-GA表现出优异的倍率性能。除此之外,基于NS-GA的超级电容器还拥有较高的能量密度。NS-GA优异的电化学性能凸显出杂原子共掺杂可以进一步提高石墨烯基超级电容器的电化学性能。3、以尿素为功能化试剂,硫脲为氮源和硫源,两步水热法制备了具有多级孔结构的氨基功能化氮硫共掺杂还原氧化石墨烯气凝胶（F-NS-RGA）并对其进行表征。氮气吸/脱附解析实验结果表明,F-NS-RGA具有大的比表面积(447.4 m2 g-1)以及较大的平均孔径（4.3 nm）。以F-NS-RGA为电极材料进行电化学测试。在1 A g-1的电流密度下,F-NS-RGA的比电容为215.5 F g-1。基于F-NS-RGA的超级电容器在功率密度为1 kW kg-1时,能量密度高达118.6 Wh kg-1。经过2000次的循环,材料的电容保持率可达94.4%,表明基于F-NS-RGA的超级电容器具有优异的循环稳定性。氨基基团的修饰与杂原子的掺杂共同改善了石墨烯的表面性质,极大地提高了石墨烯基超级电容器的电化学性能。F-NS-RGA表现出的优异的电化学性能说明它是一种极具潜力的储能材料。