纤维素作为地球上含量最丰富的天然可再生高分子材料,具有价格低廉、绿色环保、生物相容性好等优点,开展纤维素资源高值化利用是一个非常有意义的研究课题。纤维素的亲水性以及弱导电性限制了其在许多领域的发展,如防水材料、吸附材料以及储能材料等领域。因此,本论文以纤维素为原料,系统开展了纤维素基疏水材料与电极材料的研究,得到以下结论:通过在纤维素纸张表面喷涂直径在10-20 nm之间的疏水性纳米二氧化硅粒子(SiO2 NPs)得到水接触角达到168.5°的超疏水纸。由于SiO2 NPs的粒径远远小于可见光波长可有效避免米氏散射,从而保持原纸张的印刷可见性。纸张具有自清洁功能以及优异的紫外光耐受性。这种简便的疏水改性方法也适用于其他基质,如织物、玻璃以及木材等。采用表面引发原子转移自由基聚合法(SI-ATRP)将甲基丙烯酸三氟乙酯聚合物通过共价键接枝到纤维素表面,这种低表面能聚合物的引入极大地降低了纤维素纸的表面能,提高了纸张的疏水性,通过控制甲基丙烯酸三氟乙酯聚合物的量调节纸张的疏水性,得到了水接触角达到160°的超疏水纸。由于聚合物与纤维素之间通过共价键连接,因此疏水纸表现出良好的稳定性,被紫外光照射48 h后水接触角为160.5°,机械摩擦20次后水接触角为155.6°,在有机溶剂中浸泡72 h后水接触角仍高于155°。以漂白硫酸盐浆为原料,采用TEMPO催化氧化结合机械处理的方法,制备纳米纤维素悬浮液,经冷冻干燥得到具有超高孔隙率(≥99.68%)、超低密度(≤5.08 mg/cm3)的纳米纤维素气凝胶。采用甲基三乙氧基硅烷(MTES)对得到的纳米纤维素气凝胶进行疏水改性,得到了水接触角为151.8°的超疏水超亲油纳米纤维素气凝胶。该气凝胶在水相/油相或有机溶剂中呈现优异的溶剂选择性吸附能力,对有机溶剂的吸附能力最高可达到260g/g,而且表现出良好的可重复利用性,吸附-脱附30次后仍能保持良好的疏水性和吸附能力。将纳米纤维素与纳米二氧化硅粒子通过共价键结合,同时用甲基三甲氧基硅烷进行疏水改性,得到了超疏水超亲油的纳米纤维素-二氧化硅复合气凝胶。气凝胶内部呈现多级的孔结构,这种多级的孔结构有利于乳化油的分离。将该气凝胶作为过滤材料分离表面活性剂稳定的油包水型乳化油,在不施加外力仅依靠乳化油自身重力的情况下,起始分离通量为1910±60 L m-2 h-1,总分离量达到6547±210 L m-2,同时具有高达99.5%的分离效率。利用复合气凝胶设计了一个可以从油包水型乳化油中连续分离油类的装置,使分离过程更简单、高效,更接近实际应用。以纳米纤维素气凝胶为模板,采用浸泡法制备了纳米纤维素/聚吡略/银粒子复合气凝胶。该气凝胶具有较高的压缩应力(128.9kPa,60%)及良好的回弹性(73%)。银粒子以及聚吡咯的生成赋予了复合气凝胶良好的导电性,而且气凝胶的电导率随着压缩应变的变化而变化,结合其较好的回弹性,该气凝胶可以应用于压力传感器领域。以该气凝胶为电极材料,组装全固态电容器,电容器呈现出典型的赝电容行为,同时具有较高的比电容值,当电流密度为1.0A/g时,比电容值为184F/g。葡萄糖经过水热处理及800℃高温碳化处理后,得到具有多级孔结构的碳纳米片材料(CNS)。CNS具有优良的电化学性能。当电流密度为1.0 A/g时,比电容为225F/g,当电流密度上升到10A/g时,比电容为196F/g,是原电容的87%,表现出优良的倍率性能。而且,CNS具有良好的循环性能,在1 A/g条件下,循环20000次后呈现出近95%的高电容保持率和近98%的库伦效率。将CNS与纳米纤维素及聚吡咯复合得到复合气凝胶,将其作为电极材料组装成全固态电容器,当电流密度为1.0 A/g时,比电容值为368 F/g。比电容值的提高是因为CNS的加入不仅提高了样品的导电性,而且有利于电子/离子的高效传输。电容器表现出优异的循环性能,在电流密度为1 A/g的条件下,循环两万次后,电容保持率在85%左右,仅损失了 15%。