石墨烯基超级电容器因具有长循环寿命、高功率密度和充放电速率、优异的机械柔韧性等优点,在柔性电子器件中具有广阔的应用前景。然而石墨烯在组装成电极的过程中极易发生严重的堆积、絮聚现象,调控石墨烯基电极材料的三维结构是提高其电化学性能的关键。本文选取来源广泛、可再生的生物质炭材料和有机化合物分别与石墨烯复合,实现了对复合电极材料微观结构和性能的调控优化,并应用于柔性超级电容器。炭材料是最传统的超级电容器电极材料,生物质炭材料具有资源丰富、可再生、价格低廉和易于加工等优点。首先探索了基于废弃纤维板制备的生物质炭材料在提高石墨烯基电极性能的可行性和效果。研究发现,多孔活性炭颗粒的掺杂可有效增大复合电极的比表面积,而以氧化石墨烯充当导电桥梁,保证电极具有高的强度和柔韧性。在无胶粘剂的条件下,通过恒温水浴和真空抽滤法制备得到柔性、自支撑石墨烯/活性炭薄膜电极,其比电容是纯石墨烯电极的5.7倍,弯曲折叠循环1000次后的电容保持率为90%。为进一步提高能量密度,在该薄膜表面生长海胆状Mn O₂纳米颗粒,其比电容是纯石墨烯电极的17.2倍,但机械柔韧性有所下降。进一步利用酸刻蚀法将碳化后的废弃纤维板制备成氮氧共掺杂碳点,并用来调控石墨烯,从而实现了氮、氧元素的掺杂,增加了石墨烯基复合材料的活性位点和供电子能力。通过阳极恒电流沉积法在其表面生长Ni Co₂S₄纳米层,发现制备的复合薄膜电极比电容达到1348 F g^-1,组装的柔性对称超级电容器能量密度高达85.1 Wh kg^-1,弯曲折叠循环1000次后的电容保持率为96.8%。相比于活性炭和金属氧化物,表面功能化碳点和三元硫化物对石墨烯基电极性能的提高更为显著。基于天然有机化合物具有无毒、环保、资源丰富且易于提取的优点,从化学修饰的角度,探究了不同结构的天然有机化合物对石墨烯基电极性能的影响。研究发现植酸镁与石墨烯片可形成离子螯合或氢键,通过水热法制备的水凝胶电极具有非常稳定的结构和长循环寿命,电荷转移电阻仅为0.3Ω,循环充放电10000次的电容几乎保持不变。使用单宁酸分子修饰石墨烯时,其大量的苯环结构可与石墨烯形成π-π共轭,且苯环上的酚羟基可转化为醌基,发生可逆氧化还原反应,形成了具有海绵状结构的多孔水凝胶,比电容(533 F g^-1)和能量密度(37.0 Wh kg^-1)均获得提高。以果胶-Mg²⁺/Ca²⁺离子形成的多孔凝胶骨架为模板,通过水热法制备的石墨烯复合水凝胶电极,在比电容(839.2 F g^-1)进一步提高的情况下,库伦效率高达191.8%。此外,以β-环糊精修饰剂,首先在β-环糊精分子上接枝乙二胺后修饰石墨烯,通过恒温水浴和真空抽滤法得到的复合薄膜电极在比电容提高的同时,具有优异的机械强度和柔韧性（循环弯曲1000次的电容保持率为98.2%）,然后以β-环糊精为碳源,与Fe、Co离子形成包合物后制备成石墨烯复合薄膜电极,组装的柔性非对称超级电容器的工作电压可达1.8 V,能量密度高达5.99 m Wh cm^-3。相比于活性炭材料,β-环糊精修饰的石墨烯基薄膜电极的电化学性能和柔韧性均获得大幅提高。