作为一种能够将结构、功能一体化的新型炭材料,静电纺丝炭纤维膜在电化学储能、清洁能源等领域展现出良好的应用前景。其中,具有大比表面积,良好导电性和高机械性能的炭纤维膜被广泛应用于超级电容器的电极材料。然而在纤维内部,丰富的孔道结构与强壮的炭骨架和连续的导电网络之间存在结构性矛盾关系。基于双电层储能机理,大部分比表面积较低的炭纤维膜容量和倍率性能都较差;而当比表面积增大后,纤维膜的机械性能和导电性大幅度降低,限制了多孔炭纤维膜的性能及应用范围。针对以上两点关键问题,本工作以聚丙烯腈为原料,将石墨烯量子点原位引入纺丝液中,通过静电纺丝、炭化和化学活化,得到兼具良好机械性能和导电性的活性电纺炭纤维膜,并详细讨论了石墨烯量子点的增强机理以及活性炭纤维膜的电容储能机理。具体研究内容与结果如下:1、通过改变石墨烯量子点添加量、热处理温度、活化比例,探究其对纤维膜机械性能、导电性和比表面积的影响。我们发现添加石墨烯量子点能使纤维膜的拉伸强度和电导率增大为原来的五倍;热处理温度的升高也能略微增大纤维膜的拉伸强度和电导率;化学活化过程虽然能有效增大纤维膜的比表面积,但纤维膜的拉伸强度和导电率也随着氢氧化钾用量的增大而降低。其中,最高氢氧化钾用量下石墨烯量子点增强纤维膜的拉伸强度（1.5 MPa）和电导率(62.0 S m-1)都明显优于未添加石墨烯量子点纤维膜的拉伸强度（1.2 MPa）和电导率(12.2 S m-1),说明石墨烯量子点能有效增强纤维膜的机械性能和导电性。2、进一步探究石墨烯量子点的增强机理后,我们发现石墨烯量子点能在炭化过程中通过氧桥键将聚丙烯腈分子链固定在其周围,从而在纤维内部形成密实的炭骨架和整体的导电网络结构,这一结构显著地改善了纤维膜的机械性能和导电性,说明石墨烯量子点可作为一种新型双功能增强剂来改善纤维膜中比表面积与机械性能和导电性之间的矛盾关系。3、我们发现具有良好导电性的石墨烯量子点增强活性电纺炭纤维膜可作为超级电容器的自支撑电极材料。在最优条件下,石墨烯量子点增强活性电纺纤维膜的比表面积可达2242 m2g-1,拉伸强度为2.3 MPa,电导率也可达65 S m-1。将其组装成对称超级电容器,在电流密度为1 A g-1时容量高达335 F g-1,当电流密度增加到100 A g-1和500 A g-1时仍能达到77%和45%超高的容量保持率。更重要的是,该器件能在2.2 s的时间内充满80%的容量,并且在50 A g-1的电流密度下循环10000次后,容量并没有出现明显衰减。说明丰富的孔道结构和石墨烯量子点构筑整体的导电网络显著改善了电容储能的电化学动力学,显著提高了纤维膜的容量和倍率性能。除此之外,石墨烯量子点增强活性电纺炭纤维膜还对染料、油污和有机试剂有很好的吸附性能。本工作利用炭化过程中石墨烯量子点和聚丙烯腈分子链之间形成的氧桥键,在炭纤维内部形成了密实的炭骨架和整体的导电网络结构,使纤维膜活化后仍能保持较好的机械性能和导电性。这一策略不仅有效改善了炭纤维膜比表面积与机械性能和导电性之间的矛盾关系,而且显著提高了其电容储能性能和吸附性能,为设计多功能炭纤维膜提供了新思路。