柱芳烃作为大环主体化合物家族的新成员,易于功能化,具有刚性的柱形结构,可高选择性地结合各种类型的客体分子。随着超分子化学的蓬勃发展,众多具有特殊功能的超分子材料在无机、聚合物、生物医学和电化学领域大放异彩。其中,超分子主体化合物修饰碳材料的出现,为开发超级电容器电极材料提供了新思路,特别是柱芳烃修饰的石墨烯材料。石墨烯基材料虽然被认为是极具潜力的电极材料,但是其能量密度和比电容均难以满足实际的储能需求。而且,石墨烯层间强烈的范德华相互作用很容易造成其团聚或重新堆叠,致使获得具有更大有效表面积、更好导电性和稳定性的单层石墨烯十分困难,极大地限制了石墨烯基电极材料电容特性的优化。为了缓解石墨烯的自聚集并优化其性能,一种有效的策略便是对石墨烯进行修饰并与其他理论容量较高的材料进行复合。本文利用具有刚性结构和还原性的酰肼基柱[5]芳烃（HP5A）对石墨烯进行功能化修饰,改善了石墨烯的电容性能。为了进一步提升材料的比电容（Cs）,利用HP5A的主客体识别能力诱导导电聚合物单体在石墨烯表面有序聚合。设计和合成了多种具有良好亲水性和电化学性能的纳米复合材料,并用于组装超级电容器,具体开展的工作如下:1.柱芳烃衍生物的合成及其电化学性质研究。成功合成了 HP5A等柱芳烃衍生物,从HP5A的电化学性质可知,将其引入超级电容器电极材料可以为体系增加赝电容的贡献。2.柱芳烃修饰石墨烯的电容性能研究。以水合肼为还原剂、HP5A为修饰剂制备石墨烯复合材料时,HP5A有效抑制了石墨烯片层的团聚,提升了材料的Cs。与聚β-环糊精（CDP）、磺酰杯[6]芳烃（C6S）和胺基化柱[5]芳烃（2CNP5A和4CNP5A）修饰的石墨烯相比,HP5A修饰的石墨烯具有最高的Cs,这主要是由于HP5A的刚性结构和氧化还原特性。而且,HP5A的加入量直接影响着复合材料的性质,当投料比mGO/mHP5A=1:1时,制得的修饰电极的Cs最高(1 A·g-1时182 F·g-1),电荷转移电阻最小,具有优秀的倍率性能。这为研究柱芳烃对石墨烯的功能化修饰,以及柱芳烃修饰材料在储能方面的应用提供了参考。3.柱芳烃修饰金纳米颗粒复合石墨烯的电容性能研究。为了增强复合材料的电化学反应活性,以HP5A还原氯金酸制得的金纳米颗粒（[email protected]）为还原剂和修饰剂与GO反应来制备三元复合材料（RGO-AuHP5A）。[email protected]的单分散性好、平均粒径为13 nm。RGO-AuHP5A用作电极材料时表现出了较高的Cs(1 A·g-1时为212F·g-1),远高于单纯的还原氧化石墨烯（RGO）;与以水合肼作还原剂制备的三元复合材料（rGO-HP5A@AuNPs）相比,Cs提高了 72%。0.5 A·g-1时,RGO-AuHP5A复合材料的最高Cs为230 F·g-1,20 Ag-1时的Cs保留率为79%,反映出材料良好的倍率性能。基于该复合材料的对称超级电容器（SSC）表现出较高的初始Cs、较好的倍率性能和优秀的长循环稳定性。4.柱芳烃修饰石墨烯负载导电聚合物的电容性能研究。为了获得电化学性能更好的柱芳烃修饰石墨烯复合材料,利用以HP5A直接还原GO制得的复合材料（RGO-HP5A）诱导导电聚合物单体的有序聚合。在没有加入强还原剂水合肼时,HP5A充分发挥了其水溶性和刚性结构特点,在还原GO的同时阻止了石墨烯纳米片的堆叠,使得柱芳烃修饰石墨烯的Cs进一步提升。与纯RGO、H1还原并修饰的石墨烯以及文献中报道的同类型石墨烯材料相比,复合材料（RGO-HP5A 2:3）显示出更高的Cs(0.5 A·g-1时331 F·g-1,1 A·g-1时294 F·g-1)和良好的倍率性能。此外,该复合材料可作为支撑聚苯胺的基底,诱导苯胺在石墨烯表面有序聚合,减少因聚苯胺团聚造成的电容损失。为了获得电容性能更佳的复合材料,以柱芳烃修饰石墨烯诱导吡咯（尺寸比苯胺略小,更容易进入/脱出HP5A的空腔）在石墨烯表面有序聚合。获得的柱芳烃修饰石墨烯负载聚吡咯复合材料（RGO-HP5A-PPy）在1 A·g-1时的Cs最高为495 F·g-1,与纯PPy(319 F·g-1)相比Cs提升了 55%。组装的两个SSC表现出较高的初始Cs,5 A·g-1时连续充放电10,000次的Cs保持率分别是86%和76%。本研究充分发挥了柱芳烃、石墨烯和导电聚合物各自的优点,希望对超分子功能化石墨烯负载导电聚合物等材料的发展具有一定的促进作用。5.双去甲氧基姜黄素掺杂的柱芳烃修饰石墨烯复合材料的电容性能研究。得益于HP5A与双去甲氧基姜黄素（BDMC）间强烈的主客体相互作用,BDMC的引入能够影响复合材料的性能。选择与HP5A尺寸匹配的有机小分子BDMC为研究对象,表征了 HP5A与BDMC间的主客体相互作用,其结合常数为（1.58±0.30）×105 M-1,相互作用的化学计量比为1:1,并且形成的主客体包合物可以进一步组装为纤维。在RGO-HP5A2:3和RGO-HP5A-PANI中掺杂BDMC所获得的复合材料的Cs变化不明显;而在制备RGO-HP5A-PPy复合材料的过程中加入BDMC后,获得的复合材料（RHPB）在 1 A·g-1 时的 Cs为 553 F·g-1,与 RGO-HP5A-PPy 1-4 相比 Cs提升了约 20%,与RGO-HP5A-PPy 1-5相比Cs提升了约12%。与前两者不同,RHPB复合材料中PPy呈膜状覆盖在石墨烯表面,阻止了 BDMC的脱落。