从蒸汽时代到电气时代,再从电气时代到信息时代,人类社会的发展总是伴随着能源技术的革新。自工业革命以来,能源问题与环境问题一直制约着各国的发展。特别是在电子设备愈发小型化和移动化的今天,人们对于能源的供应方式也提出了更高的要求。超级电容器作为一种先进的电化学储能设备,依靠超快的充放电速率,超高的功率密度以及超长的使用寿命等特点受到各国科研工作者的青睐,但超级电容器表现出的低能量密度制约了它的使用。电极材料是决定超级电容器储能性能优劣的关键性因素,因此本论文旨在优化碳材料的合成方法以开发具有高能量密度,高功率密度的实用性碳基双电层超级电容器,具体工作内容如下:（1）利用脱胶行业的副产物丝胶蛋白作为生物质前驱体,KOH作为活化剂两步法制备了具有丰富孔隙结构的碳材料。测试表明,独特的分级多孔结构赋予了电极材料卓越的单位比容量和极佳的传输速率。所制备的AC-1在0.5 A g^-1的电流密度下表现出228.5 F g^-1的高质量比容量;在10 A g^-1的电流密度下,经历20000次循环后的容量保持率为初始容量的84%。（2）考虑到工作一中KOH的使用可能导致的腐蚀性问题,我们引入绿色环保的一步活化/吹制策略对丝胶蛋白的碳化过程进行干预,最终制得了具有多孔结构的碳纳米片。该碳纳米片在碳化过程中还自发地形成了具有蓬松形态的西蓝花状团簇。定制的分层孔隙结构促进了电解质离子在二维碳层之间的吸附与转移,高水平的异原子掺杂贡献了额外的赝电容效应。所制备的NPCN-4-700在0.5 A g^-1的电流密度下表现出214.5 F g^-1的高质量比容量;在10 A g^-1的电流密度下,经历10000次循环后的容量保持率为初始容量的87%。（3）丝胶蛋白是具有高含氮量的天然大分子,我们尝试利用生物质氮源对石墨烯进行改性处理。将溶解有丝胶蛋白的浓硫酸溶液应用于鳞片石墨的氧化插层。制备的氮杂氧化石墨烯具有3.7 at%的含氮量,再通过水热法还原法制备了氮杂还原石墨烯,其含氮量约为1.9 at%。进一步的测试表明,氧化石墨烯中的氮原子主要石墨型氮为主,水热还原之后部分转变为吡咯型氮。制备的NrGO在0.5 A g^-1电流密度下的比容量为227.8 F g^-1;在10 A g^-1电流密度下的经历10000次循环后的容量保持率为初始容量的74%。（4）石墨烯是理想的碳基储能材料,除了工作三中的改性处理外,克服碳层之间的范德华力也有助于提高石墨烯的碳层利用率。在本章工作中,我们介绍了一种在空气环境中快速制备三维石墨烯的固相辅助微波法。得益于乙炔黑的高介电损耗,整个微波剥离过程能够在数十秒之类完成。该方法制备速度快,剥离效果好,制备的三维石墨烯表现出增大的比表面积以及可浸润性的内部空间。在0.5 A g^-1的电流密度下表现出327.1 F g^-1的高质量比容量;在5 A g^-1的电流密度下,经历20000次循环后的容量保持率为初始容量的85%。优秀的电化学性能,快速的制备方式有望为大剂量制备石墨烯类材料提供经验指导。