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随着全球化石能源倍增式的消耗以及环境问题的日益突出,而绿色能源如风能、地热能以及太阳能等可以无污染地转化为电能,已成为了人们关注的焦点。然而,这些间歇式的绿色能源并不能满足电能供应的连续性要求,因此容量大、稳定性好、安全的电能储存设备的研制显得格外重要。与此同时,便携式电子设备以及电动汽车的蓬勃发展也要求传统电能储存设备(如铅酸电池)更新换代。超级电容器作为一种新型的电化学储能设备,凭借其优异的功率密度、超长的循环寿命、良好的倍率性能以及安全环保等特性成为了研究的热点,但目前以碳材料为主的商用超级电容器仍受限于较低的能量密度,因此具有高能量密度的超级电容器亟待发展。本论文主要从活性材料的选择和纳米结构的构建两个方面入手,将CoFe层状双金属氢氧化物(水滑石)与高电导的Cu3N复合作为电极材料,其中CoFe水滑石中的Co作为典型的赝电容活性物质与Fe搭配能发挥最大容量,而Cu3N能有效地改善体系的电导性。纳米结构方面,采用电化学沉积的方法在多孔Cu3N纳米线上二次生长了超薄的(2.5 nm)CoFe水滑石纳米片,构成了独特的嵌入式纳米核壳结构电极Cu3N@CoFe-LDH,该电极表现出了优异的电化学性能。此外,在上面的基础上将超薄CoFe水滑石沉积在碳纳米管(CNT)阵列上,获得了具有类似核壳纳米结构复合电极CNT@CoFe-LDH。并拓宽了其电化学电势窗口,提出了全电位区间电极的概念,该电极在比容量和电压上均获得了较大的提升。具体工作如下:(1)采用湿化学法在泡沫铜基底上制备Cu(OH)2纳米线阵列前驱体,经过H3N气氛下的退火氮化形成多孔的Cu3N纳米线阵列,然后在Co和Fe的盐溶液中通过电化学沉积CoFe水滑石得到Cu3N@CoFe-LDH电极。通过控制变量,探究了沉积时间对CoFe水滑石厚度的影响,得到了最佳的电沉积时间。三电极碱性体系下,所制备的电极材料拥有高达3078 mF cm-2的比容量,并在循环10000圈后仍保持92.6%的容量。经过分析得出,其优异的电化学性能主要得益于超大的比表面积、良好的导电性和独特的纳米结构。最后,将其与商用活性炭负极匹配制备了反对称超级电容器,并表现出较高的能量密度和功率密度。(2)以钴盐溶液浸泡过的碳布为基底、乙醇为碳源,在氢气的气氛下高温生长碳纳米管阵列,冷却后用酸溶液亲水处理。然后将超薄的CoFe水滑石沉积在碳布支撑的碳纳米管阵列上,形成CNT@CoFe-LDH核壳结构电极。不同于前面的工作,将CNT@CoFe-LDH电极的电势窗口拓展为-1.2-0.7 V,提出了全电位区间电极的概率。经过电位拓展,该电极能同时且独立地在正负电位区间分别形成Co和Fe的氧化还原电流峰,表明了 Co和Fe同时参与了容量贡献。这不仅增加了比电容,而且提高了工作电位区间。此外,由CNT@CoFe-LDH作为正负极组装的全电势区间对称超级电容器设备,其在电化学测试中表现出高的功率密度、良好的倍率性能以及优异的循环稳定性。