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超级电容器（Supercapacitor）是一种电能储存器，具备高循环稳定性、快速充放电、高功率密度以及工作温限宽等特点，在电动汽车、混合动力汽车、电子产品等领域具有良好的发展前景。高性能的电极材料是超级电容器发展和应用的关键，提高电极材料的比电容和能量密度是适应超级电容器发展需求的重点。金属有机框架（Metal-Organic Frameworks，简称MOFs）是一种新型的多孔无机金属和有机配体配位而成的杂化晶体化合物，其表面积高、孔隙结构丰富、含过渡金属离子和氮/碳等元素，这些特点使其具备了作为优异超级电容器电极材料的潜质。此外，钴基化合物是电化学性能最优异的电极材料之一。因此本论文以钴基MOFs为前驱体，将其衍生出不同结构的电极材料，以提升超级电容器的电化学性能。本文的主要研究内容如下：
（1）以Ni-Co PBA为前驱体，通过添加外加碳源进行热解，Ni-Co PBA作为氮源并提供活性金属作催化剂，制备出一维氮掺杂封装镍钴颗粒的碳纳米管（NCNTs-Ni/Co）。经表征分析，该一维NCNTs-Ni/Co材料具有高长径比、氮掺杂、晶格缺陷、封装镍钴纳米颗粒等特点，因此具有优异的电化学性能。探究了外加碳源流量对电极材料形貌、结构、组分和电化学性能的影响规律，在碳源流量为0.2L min-1时制得的电极材料具有最高的比电容（1A g-1时231.2F g-1）和电容保持率（20A g-1时69%），整体性能优于众多文献报道的电极材料，显示了该制备方法和电极材料结构的优越性。
（2）鉴于MOFs易被刻蚀的特点，将Ni-Co PBA与经典水溶液的水热法结合，热处理后在泡沫镍上制备出NiCo2O4纳米羽毛状阵列（NF@NiCo2O4纳米羽毛）。制得的纳米羽毛状结构是由纳米针和纳米片构成的，结合了两者的优点，比NiCo2O4纳米材料的比电容提高29%，且组装的非对称超级电容器具有优异的能量密度和循环稳定性，最高能量密度可达53.9Wh kg-1，20A g-1下10000次循环后电容保持率高达81.5%。通过中间产物的形貌和组分分析了从Ni-Co PBA纳米立方体到NiCo2O4纳米羽毛独特形貌的形成机理：在水热过程中Ni-Co PBA担任前驱体和牺牲模板，且泡沫镍基底对产物的形貌结构有重要影响。
（3）通过还原与热解Co-Co PBA纳米立方体，制备了核壳结构的氮掺杂石墨碳密封钴的纳米颗粒（CN-Co），探究了外加碳源流量对CN-Co材料结构、形貌、组分的影响规律，碳源流量的增加会使石墨碳层增厚、钴颗粒增大。进一步对核壳颗粒进行了酸刻蚀处理，处理后的材料倍率性能提高，但比电容降低。为同步提高比电容和倍率性能，将CN-Co在水热过程中进行硫化，得到CN-Co/Co9S8颗粒，由于Co9S8具有高导电性和高的理论比电容，使得碳源流量为0.05L min-1时制得电极材料的硫化产物CN-Co/Co9S8具有高的比电容（1A g-1时334.0F g-1）和倍率性能（20A g-1时78%），具有一定的应用价值和发展前景。
（4）利用Ni-Co PBA作前驱体和模板，通过一步溶剂热法制备了混合维度的二维MoS2纳米薄片包覆的三维中空纳米盒（MoS2@Ni/Co-S）。探究了不同溶剂热的温度和时间对产物的结构形貌及电化学性能的影响规律，温度会影响表面二维纳米片分布的均匀程度，而时间延长会加深前驱体被刻蚀的程度。200℃20h下制备的MoS2@Ni/Co-S具有最典型的中空结构，是由MoS2、CoS、NiS、Co和Ni组成的多元组分的活性材料，具有由二维超薄纳米片和三维中空骨架组装成的混合维度的结构，兼具三维材料与二维材料的优势，该电极材料独特的结构优势和多元组分的协同作用使其具有最高的比电容987.8F g-1（1A g-1），且组装得到的非对称超级电容器的能量密度高达38.5Wh kg-1。
（1）以Ni-Co PBA为前驱体，通过添加外加碳源进行热解，Ni-Co PBA作为氮源并提供活性金属作催化剂，制备出一维氮掺杂封装镍钴颗粒的碳纳米管（NCNTs-Ni/Co）。经表征分析，该一维NCNTs-Ni/Co材料具有高长径比、氮掺杂、晶格缺陷、封装镍钴纳米颗粒等特点，因此具有优异的电化学性能。探究了外加碳源流量对电极材料形貌、结构、组分和电化学性能的影响规律，在碳源流量为0.2L min-1时制得的电极材料具有最高的比电容（1A g-1时231.2F g-1）和电容保持率（20A g-1时69%），整体性能优于众多文献报道的电极材料，显示了该制备方法和电极材料结构的优越性。
（2）鉴于MOFs易被刻蚀的特点，将Ni-Co PBA与经典水溶液的水热法结合，热处理后在泡沫镍上制备出NiCo2O4纳米羽毛状阵列（NF@NiCo2O4纳米羽毛）。制得的纳米羽毛状结构是由纳米针和纳米片构成的，结合了两者的优点，比NiCo2O4纳米材料的比电容提高29%，且组装的非对称超级电容器具有优异的能量密度和循环稳定性，最高能量密度可达53.9Wh kg-1，20A g-1下10000次循环后电容保持率高达81.5%。通过中间产物的形貌和组分分析了从Ni-Co PBA纳米立方体到NiCo2O4纳米羽毛独特形貌的形成机理：在水热过程中Ni-Co PBA担任前驱体和牺牲模板，且泡沫镍基底对产物的形貌结构有重要影响。
（3）通过还原与热解Co-Co PBA纳米立方体，制备了核壳结构的氮掺杂石墨碳密封钴的纳米颗粒（CN-Co），探究了外加碳源流量对CN-Co材料结构、形貌、组分的影响规律，碳源流量的增加会使石墨碳层增厚、钴颗粒增大。进一步对核壳颗粒进行了酸刻蚀处理，处理后的材料倍率性能提高，但比电容降低。为同步提高比电容和倍率性能，将CN-Co在水热过程中进行硫化，得到CN-Co/Co9S8颗粒，由于Co9S8具有高导电性和高的理论比电容，使得碳源流量为0.05L min-1时制得电极材料的硫化产物CN-Co/Co9S8具有高的比电容（1A g-1时334.0F g-1）和倍率性能（20A g-1时78%），具有一定的应用价值和发展前景。
（4）利用Ni-Co PBA作前驱体和模板，通过一步溶剂热法制备了混合维度的二维MoS2纳米薄片包覆的三维中空纳米盒（MoS2@Ni/Co-S）。探究了不同溶剂热的温度和时间对产物的结构形貌及电化学性能的影响规律，温度会影响表面二维纳米片分布的均匀程度，而时间延长会加深前驱体被刻蚀的程度。200℃20h下制备的MoS2@Ni/Co-S具有最典型的中空结构，是由MoS2、CoS、NiS、Co和Ni组成的多元组分的活性材料，具有由二维超薄纳米片和三维中空骨架组装成的混合维度的结构，兼具三维材料与二维材料的优势，该电极材料独特的结构优势和多元组分的协同作用使其具有最高的比电容987.8F g-1（1A g-1），且组装得到的非对称超级电容器的能量密度高达38.5Wh kg-1。