化石燃料不断开发与使用导致的环境问题促使人们把目光转向了可持续发展的新能源上。超级电容器作为21世纪新兴的储能器件,凭借着体积小、能量大、成本低、寿命长的特点,成为了可持续性能源利用的重要代表。而提高超级电容器性能的关键在于解决正极材料与电解液和负极材料之间由于材料储能机理不同而造成的反应动力学不匹配的问题。通过掺杂、复合等实验手段可以调控正极材料的形貌结构,提高材料的比表面积,拓宽材料的电化学电压窗口,还能够增加与负极材料和电解液之间的离子传导效率和电荷转移效率,从而提升超级电容器的比容量和循环保持率。在众多正极材料中,铋系材料由于其独特的层状结构和较高的电荷流动性引起了巨大的关注。其中,氧化铋（Bi2O3）由于其晶格形貌的多样性和优异的离子传导性已被用于光学材料、电子材料和工业催化剂。然而,由于铋系材料结构稳定性较差,易还原或者发生晶型的转变,大大限制了其在超级电容器上的应用和发展。本文旨在通过形貌调控、引入氧空位、离子掺杂和复合其他材料等方法来改善铋系材料的电容器性能。主要研究内容如下:（1）采用简单的化学方法,将锰离子掺杂在氧化铋的表面,合成了具有树枝状结构的氧化铋基纳米材料。通过对材料形貌结构的表征和电化学性能测试,发现掺杂改变了氧化铋的形貌结构,通过引入了活性位点,提高了电极材料的电容器性能。通过退火处理之后,材料表面出现了大量的氧空位,大大增加了材料对电解液离子的吸附。同时,金属材料间的协同效应增大了氧化铋对电荷的存储能量,从而有效地提升了电极的电化学性能。因此,以Mn-Bi2O3为正极材料的研究拥有极大的发展前景,其电极在1 A g-1的电流密度下,比电容可以达到1295.6 F g-1,在864 W kg-1的功率密度下,具有137.1 Wh kg-1的能量密度。此外,电极在10 A g-1的电流密度下进行5000圈的充放电循环后,其库伦效率依然可以维持在100%左右。（2）通过水热和退火实验处理方法,将单质铋与含有丰富含氧基团的碳量子点进行复合,得到一种由负载碳量子点的碳膜包覆的铋/氧化铋复合电极材料（Bi/Bi2O3@CQDs/CL）。除了拥有铋系材料高离子传导率、高活性的特点外,该混合型电极中碳膜的引入固定了材料的结构,提高了材料的亲水性;碳量子点的加入增强了材料与碳膜、电解液之间的离子传导效率。该电极不仅在1 A g-1下的比电容高达973 F g-1,而且其能量密度能达到98.5 Wh kg-1。此外,本实验还通过原位红外等测试手段探索了材料的合成机理,发现材料的退火过程消耗了碳膜、碳点上大量的含氧基团,产生了许多氧空位,暴露出大量的缺陷和活性位点,从而增强了电极的导电率和电化学性能。（3）通过原位生长的实验手段,将Bi2O3与金属有机骨架ZIF-67复合,制备了具有包覆型异质结构的ZIF-67/Bi2O3复合材料。该复合材料以Bi2O3为活性位点,利用铋系材料导电性强、电化学活性高的特点来吸附电解液中的离子,并将电荷转移、储存在结构稳定的十二面体ZIF-67内部。这种方法一方面解决了MOF材料导电性差的问题,另一方面克服了Bi2O3结构稳定性差、电荷存储效率低的缺点。此外,该电极材料在1 A g-1的电流密度下,比电容高达1082 F g-1,在900W kg-1功率密度下的能量密度能达到135.25 Wh kg-1。