便携式电子设备和混合动力汽车技术的蓬勃发展,加速了人们了对高能量高功率材料的研究。其中,高能量密度的锂离子电池是研究最广泛的储能装置之一,但由于锂资源短缺、有限的功率密度和短暂的循环寿命等缺点严重阻碍了锂离子电池的实际应用。基于此,具有快速充放电效率、高功率密度、好的稳定性和卓越安全性的超级电容器被认为是有前途的候选器件之一。然而,超级电容器的能量密度一般只有10 W h kg-1左右,这限制了其实际应用能力。为了满足能量密度的需求,研究者们开发了基于一价（例如Na+,K+）以及多价金属阳离子(例如Mg2+,Zn2+,Ca2+,Al3+)的混合超级电容器。锌离子混合超级电容器（ZHSCs）是一类结合了锌离子电池和超级电容器两者优势的器件,由于锌具有储存量丰富、成本低、安全性高等优势而备受关注。此外,金属锌具有820 m A h g-1的高理论比容量、-0.76V的低氧化还原电位（相对于标准氢极）,这赋予ZHSCs有潜力成为下一代储能器件。而碳材料作为ZHSCs常用的阴极材料已被广泛研究,但开发具有优异性能的碳材料仍具有挑战性。基于此,本文将围绕杂原子掺杂碳纳米材料的合成及其性能展开研究,探究了杂原子掺杂碳纳米材料的制备过程以及不同掺杂元素对性能的影响。具体将从以下三方面进行阐述:1.两步法构建氮、硫共掺杂多孔碳十二面体用以增强锌离子混合超级电容器循环性能。我们采用简单的两步法构建了氮、硫共掺杂多孔碳十二面体（N,S-PCD）。以ZIF-8作为前驱体,通过将碳化后的ZIF-8与硫脲进行研磨混合然后煅烧,合成具备有N、S共同掺杂的均匀多孔碳十二面体。得益于N、S的共同掺杂、均匀的形貌以及Zn高温挥发产生的大量孔结构,使得以N,S-PCD-800为阴极和锌箔为阳极组装的ZHSC在0.2 A g-1时达到了133.4 m A h g-1的比容量,以及在功率密度为160 W kg-1时最大能量密度为106.7 W h kg-1。此外,该器件具有超长循环寿命和显著的循环稳定性,100,000次循环后容量保持率为97.1%,这种出色的循环保持率使其在实际应用中展现出巨大潜力。2.葡萄糖衍生的氮掺杂蜂窝状多孔活性碳用于具有显著倍率性能的锌离子混合超级电容器。我们采用了简单的混合后煅烧策略,合成集蜂窝状与氮掺杂为一体的多孔碳材料（N-HPAC）。将葡萄糖作为碳源,草酸钾为活化造孔剂,三聚氰胺作为氮源,Si O2作为造大孔的硬模板,将其混合均匀后进行煅烧,即合成了氮掺杂蜂窝状多孔活性碳。独特的分级多孔结构以及高氮掺杂量使得N-HPAC具有超优异的倍率性能,在0.2-100 A g-1的电流密度跨度下,其性能从140.7 m A h g-1保持为101.3 m A h g-1,其倍率保持率为72%,从而使得该材料最佳的功率密度能达到92.5 k W kg-1,并且该材料在40,000圏循环后还能保持82.4%的容量,说明N-HPAC具有好的循环性能,本工作为下一代合成高倍率电极材料提供了新思路。3.酚醛树脂植酸共聚物衍生的磷掺杂碳纳米小颗粒用于高容量锌离子混合超级电容器。我们将酚醛树脂植酸共聚物衍生的磷掺杂碳纳米小颗粒作为ZHSC的阴极材料。采用植酸与酚醛树脂聚合后生成的共聚物作为前驱体,通过简单的煅烧手段,合成了具有磷掺杂的碳纳米小颗粒（P-CNP）。得益于磷元素的掺杂、几十纳米级别的尺寸以及其均匀分散的特性,组装后的Zn//P-CNP ZHSC具有出色的容量性能,在0.2 A g-1时比电容为191.8 m A h g-1,能量密度为182.2 W h kg-1,循环一万次循环后依旧能保持90.2%的性能。其优异的比容量为下一代合成高性能的ZHSC电极材料奠定了基础。