随着气候的快速变化和化石能源的巨大消耗,可再生能源和新型储能装置的开发已变得迫在眉睫,超级电容器因具有快速充/放电、循环寿命长、功率密度高和绿色环保等优点被认为是电动汽车和便携式电子产品等应用中最有前景的设备之一。决定超级电容器性能的最主要因素之一是它的电极材料,而分层过渡金属二硫化物是一类有前途的超级电容器电极材料,包括MoS₂、VS₂、SnS₂和WS₂等,由于其独特的物理化学性质而受到越来越多的关注。其中MoS₂是最具代表性的,其晶体结构是由夹在双硫层之间的金属Mo层组成,然后通过范德华力堆叠在一起形成层状结构。这种特殊的结构及其优异的电化学性能使其成为超级电容器研究领域中最热门的材料之一。近年来石墨烯由于其大的比表面积(2630m²?g^-1)、高的电子迁移率和强的机械性能等优异特性使其成为各研究领域最具潜力的一种碳材料,但石墨烯在制备过程中易发生堆积和团聚,使材料的比表面积和电导率降低,阻碍了其在超级电容器中的应用。所以在本课题中我们将片状石墨烯制成空心球的结构,由于空心结构可以使电极材料与电解液的接触面积变大,这种三维中空结构可为电解液中离子和电子的高效传输提供了便携通道,从而缩短了它们的传输路径,最终能够增大电极材料的充放电速率。因此,本文将空心石墨烯球与MoS₂进行复合,并在此基础上加入二氧化锰（MnO₂）或将过渡金属离子Co²⁺(Ni²⁺)掺杂到MoS₂中,以此来改善超级电容器的电化学性能。本课题包含以下三个部分:1、首先以二氧化硅（SiO₂）为硬模板,分别采用化学气相沉淀法和静电自组装（ESAM）两种工艺路线来制备空心石墨烯球（HGRs）和空心还原氧化石墨烯球（HRGOs）,然后利用水热法合成MoS₂纳米片并负载到空心石墨烯球表面来合成HGRs/MoS₂和HRGOs/MoS₂两种核壳结构的电极材料,并使用XRD、TEM及SEM分析技术对复合电极材料进行成分结构及其形貌分析,最后测其电化学性能。结果都表明将石墨烯制备为空心纳米结构再与MoS₂复合起来所表现出的电化学性能是大大优于单相的石墨烯和MoS₂纳米片。复合材料性能的改善主要是因为石墨烯空心球与还原氧化石墨烯球的3D结构以及MoS₂之间的协同作用共同导致的。2、在第一项工作的基础上采用水热法合成了由空心石墨烯球（HGRs）、花状二硫化钼纳米片（MoS₂）和二氧化锰（MnO₂）纳米薄片组成的空心分层海胆状三元复合材料并通过XRD、FESEM、EDS和TEM对HGRs/MoS₂/MnO₂复合材料进行表征,同时对其电极材料进行了GCD、CV和EIS测量。实验结果表明,HGRs/MoS₂/MnO₂复合材料具有优异的电化学性能并且在先进超级电容器应用方面存在巨大潜力。3、通过一步水热法成功的将过渡金属离子Co²⁺(Ni²⁺)掺杂到MoS₂中,再和不同结构的石墨烯进行复合合成还原氧化石墨烯/二硫化钼（RGO/MoS₂）复合材料和空心还原氧化石墨烯球/二硫化钼（HRGOs/MoS₂）复合材料,并使用XRD、TEM、XPS及SEM分析技术对复合电极材料进行成分结构及其形貌分析,最后测其电化学性能。结果表明掺杂之后的复合材料的比电容和导电性大大增加,这是因为将过渡金属离子Co²⁺(Ni²⁺)的加入到MoS₂中可以暴露高密度不饱和硫位点或产生Co（Ni）-Mo-S新相来得到更好的电化学活性能。并且我们通过对比RGO/Co（Ni）-doped MoS₂-5片状复合材料与HRGOs/Co（Ni）-doped MoS₂-5球状复合材料的电化学性能,发现HRGOs/Co（Ni）-doped MoS₂-5球状复合材料的电化学性能要优于RGO/Co（Ni）-doped MoS₂-5片状复合材料的电化学性能,这是因为球状的3D空心结构更有益于电解液离子传输的行为而且还避免了在电极在快速充放电过程中HGR空心球的塌陷,从而改善了复合材料的循环稳定性。