石墨烯自诞生以来,由于其优异的导电性(载流子迁移率2×10~5 cm~2 V-1 s-1)和高理论比表面积(2 630 cm~2 g-1),在超级电容器（SCs）领域具有十分广泛的应用前景。完整无缺陷的单层石墨烯的理论双电层电容可达550 F g-1,然而石墨烯在制备过程中不可避免的发生团聚,导致实际的石墨烯的双电层电容一般不高于200F g-1,通过制备三维多孔石墨烯虽然能够避免团聚,但导致石墨烯的体积比电容很低,不利于实际应用。本文针对上述问题,提出了两步气氛热处理、磷酸热处理和金属阳离子辅助热处理等三种石墨烯表面官能团调控方法,在石墨烯表面增加具有电化学活性的醌类C=O以及芳香性C-OH基团,提升石墨烯中的氧化还原赝电容,通过石墨烯的自组装过程提升石墨烯材料的堆积密度,获得具有高体积比电容的石墨烯超级电容器电极和器件。本文提出一种在氩气和空气中两步气氛热处理氧化石墨烯（GO）的方法,第一步氩气热处理去除了GO层间水以及部分含氧基团,同时石墨烯膨胀、比表面积增大,形成了三维结构;通过控制第二步空气氧化步骤的温度,在石墨烯中选择性引入了醌类羰基C=O,提升石墨烯电极材料中赝电容的贡献。实验结果表明:在空气中400°C氧化10 min时,C=O基团的含量最高（5.3 at.%）;在0.2 A g-1的条件下的质量比电容(Cg-m)达到了303 F g-1,与未处理的GO相比提升了3.4倍,体积比电容(CV-m)为82 F cm-3。利用负载量为2.0 mg cm-2的RGO-Ar-O400组装成对称超级电容器,器件的质量能量密度（Eg）达到了8.1 Wh [email protected] W kg-1,对应电极材料的体积能量密度（EV）为2.2 Wh L-1,经过5 000次循环之后,器件的容量保持率为88%。通过低温磷酸热处理（PAT）策略,制备了具有良好自组装结构以及较高堆积密度的石墨烯粉体材料,并且磷酸选择性调控了芳香性C-OH基团的相对含量,该基团的相对含量高达15.8 at.%。在PAT过程中,通过石墨烯之间的范德华力以及还原之后的氧化石墨烯具有一定的疏水性,实现了还原的氧化石墨烯（RGO）之间的自组装过程,获得的石墨烯粉体的堆积密度高达1.55 g cm-3。得益于石墨表面含有较多的具有电化学活性的芳香C-OH基团以及高堆积密度,在活性物质负载量为2.5 mg cm-2时,RGO-MP40石墨烯粉体的Cg-m和CV-m最高分别达到312 F g-1和484 F cm-3;当活性物质的负载量增加到19.7 mg cm-2时,Cg-m和CV-m仍可以达到248 F g-1和384 F cm-3。利用负载量为20.0 mg cm-2的RGO-MP40电极组装对称器件,该器件的Eg可达到8.9 Wh [email protected] W kg-1,对应的电极材料的EV为13.8Wh L-1,经过5 000次循环之后,器件的容量保持率为89%。本文提出一种利用金属阳离子辅助热处理氧化石墨烯的方法,该方法制备的RGO超级电容器表现出优异的电化学性能。金属阳离子通过阳离子-π和阳离子-含氧官能团的作用实现石墨烯的组装,金属阳离子辅助热处理有助于提升石墨烯中C-OH和C=O基团的相对含量,从而获得高堆积密度、高赝电容的石墨烯电极材料。在Li+浓度为3.5 mol L-1,热处理温度为400°C时,得到了堆积密度为1.67 g cm-3的石墨烯粉体材料。得益于RGO-3.5 M Li Cl-400C具有较高含量的C-OH和C=O基团以及较高的堆积密度,该材料的Cg-m和CV-m分别可达到307 F g-1和512F cm-3。利用负载量为2.0 mg cm-2的RGO-3.5 M Li Cl-400C组装成对称器件,Eg可达到9.5 Wh kg-1@60 W kg-1,同时活性材料的EV可达到15.9 Wh L-1,经过5 400次循环之后,器件的容量保持率为98%。