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近年来,超级电容器已经成为新能源领域的科研与应用热点。传统超级电容器虽然可以保持很高的比电容和能量密度,但是其充放电倍率性能较差,循环寿命较短,这主要归因于电极材料的结构和比表面积的大小。碳元素是构成生物机体的最基本元素,碳材料始终在人类发展历史上起着主导作用。石墨烯是单层碳原子以sp2键合的平面连通结构,这种完美的晶体结构给予石墨烯优异的导热、导电、大比表面积和易改性表面化学等特性,在超级电容器储能领域中应用广泛。三维孔状石墨烯气凝胶（Graphene Aerogel,GA）由二维石墨烯薄片通过化学交联形成,不仅拥有石墨烯的优异导电性、导热性和机械强度,而且孔隙率极高,与传统的高比表面积材料相比,GA作为超级电容器电极材料的有效表面积不依赖于固态下的孔隙分布,这种具有三维连通孔结构的电极材料在超级电容器等新型绿色能源领域潜力无穷,是未来储能领域的风向标。然而,石墨烯是一种带隙为零的半导体/半金属材料,低开关比和大漏电流使石墨烯无法大规模应用在电子器件领域中,为了提升石墨烯超级电容器的电化学性能,可以通过非金属杂原子的化学掺杂打开石墨烯的带隙,调整石墨烯能带结构,进而提升其比电容。本论文主要以氧化石墨烯（Graphene Oxide,GO）为前驱体,快速制备不同非金属杂原子掺杂的GA,进行物理表征的同时将其作为超级电容器电极材料分析了电化学性能,获得性能最优的电极材料。主要研究内容如下:（1）以GO分散液为碳源,二氧化硅（SiO2）为硅源,利用一步水热合成法制备了掺杂浓度为5%、10%、15%、20%的Si掺杂石墨烯气凝胶（Si-GA）（Si-GA-5%、Si-GA-10%、Si-GA-15%、Si-GA-20%）。此方法不仅实现了GA的自组装制备,且成功使Si原子掺入石墨烯晶格内,提升了其电化学性能。表征结果表明Si-GA为孔洞结构,1 A/g电流密度下Si-GA-15%的比电容高达464.4 F/g,50 A/g下比电容依旧能够达到300 F/g,电容保持在64.6%,循环1000次的电容保持率在95.94%（10 A/g）。此实验制备的Si-GA具有作为超级电容器电极的潜力。（2）以硼酸（H3BO3）为B元素的前驱体,通过一步水热合成了不同浓度B掺杂石墨烯气凝胶（B-GA）（B-GA-5%、B-GA-10%、B-GA-15%、B-GA-20%）。过程中GO被有效还原且形成稳定B掺杂,B-GA-15%中C和B元素的含量为75.16%和4.02%,热稳定性良好。在三电极体系下,B-GA-15%在1 A/g电流密度下的比电容能够达到254.4F/g,50 A/g的电流密度下的电容保持率分别为70.75%,10 A/g电流密度下循环1000次的电容保持率达到了95.99%。此实验结果表明B-GA作为超级电容器电极拥有巨大优势。（3）以高含氮量的三聚氰胺（C3H6N6）为氮源,制备了不同浓度N掺杂石墨烯气凝胶（N-GA）（N-GA-5%、N-GA-10%、N-GA-15%、N-GA-20%）。物理表征得出N-GA具有丰富的孔结构和好的热稳定性。其中,N-GA-15%主要以吡咯型氮（pyrrolic N）为主且含氮量高达15.69%。N-GA-15%在1 A/g电流密度下的比电容能够达到243.2 F/g,50 A/g的电流密度下的电容保持率分别为67.85%,10 A/g电流密度下循环1000次的电容保持率达到了96.35%。N-GA在储能领域拥有丰富的应用价值。