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石墨烯(Graphene)以其特殊的二维结构和优异的物理、化学性能被认为是一种理想的储能材料。随着石墨烯生产朝着工业化方向不断迈进,其发展必将推动电池、超级电容器(Supercapacitor)等储能领域的进步。超级电容器由于制造成本低、功率密度高、循环使用寿命长等优点广泛应用于民用和军用领域。与电池相比,较低的能量密度仍然限制着超级电容器的发展,因此,石墨烯基超级电容器的发展吸引了广泛的研究兴趣。石墨烯的制备方法有很多,氧化还原法由于操作简单、效率高、重复性好等优点被认为是可实现规模化生产的重要方法之一。本文旨在利用氧化还原法制备石墨氧化物(Graphite Oxide)及石墨烯纳米片,并以此为基础,通过不同方法制备柔性石墨烯薄膜和石墨烯基纳米复合材料,作为超级电容器电极,对其电化学性能进行系统测试,为实现石墨烯纳米片工业化生产,同时为制备高能量/功率密度超薄型双电层型超级电容器以及石墨烯基赝电容型超级电容器开拓思路,提供一定的技术支持。石墨氧化物作为氧化还原法制备石墨烯的非常重要的原料之一,其结构和质量严重影响后续制备的石墨烯材料的结构和性能。本文根据剥离纳米碳管的方法调整氧化反应条件,得到氧化程度可控的石墨氧化物,与传统的Hummers方法相比,无NOx等有害气体排放,能耗低。利用X射线衍射仪(X-ray Diffraction, XRD)、X射线光电子能谱仪(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)、紫外-可见光光谱仪(UV-vis Spectroscopy)、失重分析仪(Thermal Gravimetric Analysis)、拉曼光谱(Raman Spectroscopy)对制备出的石墨氧化物的相成分、结构等进行系统分析：石墨氧化物片层间距最大可达0.9nm,表面分布大量含氧官能团(羟基、羧基、环氧基等),sp3杂化碳相对含量65%,高氧化程度的石墨氧化物对形成高质量的石墨烯纳米片有利。同时研究了热冲击还原法制备石墨烯纳米片的反应条件,利用扫面电子显微镜(Scanning Electron Microscopy, SEM)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscopy, TEM)对其表面形貌和微观结构进行表征。石墨烯的sp2共轭体系得到很大程度的恢复。利用氮气吸附／脱吸比表面积测试仪测得其比表面积为～550m2/g且多孔。为探索制备高性能的柔性超级电容器,以石墨氧化物为前躯体,通过表面静电排斥稳定法控制合成高分散的石墨烯溶液,再利用真空抽滤法制备出柔性石墨烯薄膜。由于范德华力的引起,制备出的柔性石墨烯薄膜中石墨烯纳米片容易发生自我团聚和堆叠,严重影响其作为超级电容器电极时的电化学性能。通过在石墨烯薄膜中加入少量纳米碳黑颗粒,很大程度上解决了该问题,使薄膜内部保持层状开放结构,同时加强了石墨烯纳米片之间的导电连接,构成三维结构,有利于整个电极的电子传输。利用各种材料表征技术系统的分析了石墨烯薄膜的结构、质量、形貌和微观结构。利用循环伏安法(Cyclic Voltammetry)、恒电流充放电法(Galvanostatic Charge/discharge)、交流阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)对其电化学性能进行了测试：以6MKOH水溶液为电解质时,测得的最高质量比电容为138F/g,经过电流密度10A/g2000次的循环后,比电容值仅下降3.85%。在扫描速度500mV/s时比电容值为80F/g,较原始石墨烯薄膜提高700%。以1M LiPF6有机溶液为电解质时,测得的质量比电容为83.2F/g,经过电流密度10A/g2000次的循环后,比电容值仅下降4.35%。计算的最大能量密度为26Wh/kg,功率密度为5.1kW/kg。证明了纳米碳黑掺杂石墨烯薄膜厚度增加与其比电容值呈线性关系,表明加大石墨烯薄膜的厚度对其电化学性能影响很小,有利于提高纳米碳黑掺杂石墨烯薄膜的体积比电容和实现规模化生产。为探索制备不同体系的石墨烯基赝电容型超级电容器,以石墨烯纳米片为基体材料,利用共沉淀方法制备出石墨烯/MnSn(OH)6纳米复合材料。为研究纳米颗粒的结晶程度对其电化学性能的影响,通过控制合成条件制备出不同结晶状态的石墨烯/MnSn(OH)6样品。利用材料表征技术对样品的表面形貌和微观结构进行了表征。作为赝电容型超级电容器电极,对其电化学性能进行了测试：石墨烯/MnSn(OH)6纳米复合材料的电化学性能较纯MnSn(OH)6纳米颗粒有显著提高(大于300%),证明石墨烯纳米片对电化学性能的提高起到关键作用。MnSn(OH)6纳米颗粒的结晶程度影响整个电极的电化学性能,其中结晶度最差的样品在扫描速度5mV/s时的质量比电容值为59.4F/g(根据MnSn(OH)6的质量计算)。结晶程度高的样品导致电极的扩散电阻增大,降低了电极内部离子、电子传输能力。经过500次循环,测试样品的比电容均未出现明显的降低,说明MnSn(OH)6这种材料在电化学环境中有良好的稳定性。以石墨烯纳米片为基体材料,以TiO2为例,利用原子层沉积(Atomic LayerDeposition, ALD)技术在多孔的石墨烯纳米片表面沉积出分布均匀的TiO2纳米颗粒。通过不同的循环制备条件制备出不同的石墨烯/TiO2复合材料样品并利用材料表征技术对其表面形貌和微观结构进行了表征。电化学测试结果表明：100次ALD循环石墨烯/TiO2样品在扫描速度10和150mV/s时比电容值分别为84和43F/g(纯TiO2的贡献为106和54F/g),较同条件下文献中报道的有较大提高。同时研究了不同电极材料的加入量对其电化学性能的影响,结果表明增加电极材料的加入量不会对整体电化学性能产生不良影响,证明了ALD技术在合成石墨烯基纳米复合材料应用于赝电容型超级电容器领域显现出极大的优势。