过渡金属基化合物作为一类资源丰富且相对廉价的功能性材料,在光催化、电催化、碱金属离子电池及超级电容器等能源领域均表现出优异的应用前景并成为现今研究的热点材料。在诸多能源领域中,超级电容器作为一种先进的储能装置,在拥有比常规电池更高的功率密度和更长的充放电循环寿命的同时具有远高于传统电容器的能量密度,从而受到储能及相关能量领域的广泛关注。为满足现代社会对储能装置性能的不断提升的需求,提升超级电容器的能量密度已经成为超级电容器方向最重要的研究方向之一。超级电容器的能量密度与其比容量和工作电压的关系可以从其能量公式:E=0.5CV2看出,即越大的工作电压或越大的器件比电容都是提升器件能量密度的关键。而通过研究具有更优异性能的电极材料,则是提升器件工作电压和比电容的最有效的途径之一。本文通过使用不同的合成方法制备具有高比电容的过渡金属基电极材料,然后通过组装得到拥有高能量密度的超级电容器器件,并从以下三个方面进行如下阐述:1.TEOA改性的3D蜂巢状Co3S4-10纳米片用于高性能的混合型超级电容器。通过一种对材料前驱体改性的简单温和的合成方法得到了一种同时具有高比电容和高稳定性的超级电容器电极材料。该合成方法能够从前驱体开始改变材料的电子结构,从而得到具有优异电化学性能的电极材料。改性的Co3S4-10纳米片电极在5 A g-1的电流密度下拥有高达351.3 mAh g-1的比电容,该性能远高于Co9S8纳米片电极(211.1 mAh g-1)。与此同时,改性后的Co3S4-10纳米片电极的倍率性能以及循环性能分别达到51.3%和82.2%,其稳定性均优于未改性的Co9S8纳米片电极(倍率性能以及循环性能分别为13.8%和73.3%)。同时,材料所具备的三维蜂巢状结构能有效提升电极材料的循环稳定性并能够提升比电容。此外,基于所制备的Co3S4-10纳米片电极的混合型全固态超级电容器装置表现出在0.81 kW kg-1的功率密度下,装置的能量密度高达81.62 Wh kg-1,甚至在10000次循环之后器件仍能保持的84%的初始电容值。2.具有优异电化学性能的双过渡金属硫化物Ni3S2/Co3S4纳米纤维阵列的合成用于混合型全固态超级电容器。为了进一步提升正极材料电化学性能,本工作通过合理的合成设计,对特定金属离子进行改性,从而得到了一种具有更高电化学性能的双过渡金属硫化物电极材料。其中双金属硫化物材料能提供更多的活性位,从而大大提高材料的比电容。改性后的Ni3S2/Co3S4纳米纤维阵列表现出更高的导电性,并在5 A g-1下拥有高达484.2 mAh g-1的质量比电容,甚至在电流密度上升至30 A g-1后仍能维持69.0%的比电容量。此外,所制备的Ni3S2/Co3S4 NWAs//AC的混合型全固态超级电容器装置在0.38 kW kg-1的功率密度下,表现出能量密度高达52.1 Wh kg-1,甚至当功率密度提升到3.75 kW kg-1时,其能量密度也能达到25.8 Wh kg-1。3.制备高比电容的复合电极材料Fe2O3/C/PPy作为混合型全固态超级电容器负极。为了解决由于负极比电容过低导致的器件性能受限的问题,本工作通过原位转化并多元材料复合的方法得到了一种具有高比电容的负极材料。通过将ZnO原位转化的方法,将Fe2O3的前驱体原位生长在导电碳模板上,同时与PPy复合,得到三元复合材料Fe2O3/C/PPy。其中Fe2O3具有较高的理论比电容;ZnO/C前驱体中的碳具有高石墨化度,为复合材料提供了较好的导电性;而PPy上存在着的官能团为复合材料提供了更多的比电容量。归因于三种材料之间的协同效应,所制备的三元复合材料Fe2O3/C/PPy在1 A g-1的电流密度下比电容高达525 F g-1。基于作为的负极三元复合材料Fe2O3/C/PPy,所组装的混合型全固态超级电容器在功率密度为0.75 kW kg-1时,其能量密度能达到44.34 Wh kg-1。