现如今,随着化石燃料的枯竭和环境压力的增加,可持续和环境友好型新能源的发展变得尤为重要。而诸如太阳能和风能的可再生资源具有不连续的缺点,期望开发一种有效的能量存储设备来使这些可再生资源得到有效的利用。而超级电容器作为一种新型的储能设备,具有功率密度高,循环稳定性好等优点,引起了科学家研究的兴趣。开发具有良好电化学性能的电极材料是提高超级电容器性能的关键。碳纳米管和石墨烯由于其大的比表面积,良好的导电性以及优异的物理和化学性质,是近年来研究最多的碳材料。另一方面,具有电化学活性官能团的菲醌（PQ）具有较高的理论比电容。然而,PQ分子的低电导率限制了其作为超级电容器的电极材料。本文采用化学回流法和溶剂热反应,通过非共价作用,将PQ分子修饰多孔碳纳米管（PCNTs）和还原氧化石墨烯（r GO）,制备了PQ-PCNTs和PQ-r GO复合材料。PQ分子在碳基材料表面上的非共价结合可以使复合材料具有较高的比电容。此外,由于PQ分子的吸附能够有效地避免石墨烯的重新堆积,因此可以预期复合材料具有良好的电化学性能。（1）利用聚吡咯作为前驱体,经碳化和活化得到的PCNTs带有丰富的孔结构且比表面积较大(2172 m~2 g-1),电化学性能良好(在1 A g-1时比电容为262 F g-1)。经过简单的化学回流,将PQ修饰到PCNTs表面得到PQ-R-PCNTs材料。PQ-R-PCNTs单电极在1 A g-1下的比电容高达772 F g-1,同时还具有优异的倍率性能。将PQ-R-PCNTs组装成对称的电容器,功率密度为0.8 k W kg-1时能量密度为26.2 Wh kg-1。利用溶剂热反应制备了PQ-S-PCNTs复合材料,该材料具有良好的电化学性能,即在1 A g-1时比电容为400 F g-1,经10 000次循环后依然保持了初始值92.9%的比电容。将该电极材料组装成对称电容器,显示出良好的电化学储能性能,即功率密度为0.8 k W kg-1,能量密度高达21.5 Wh kg-1。通过第一性原理计算探究有机小分子PQ在碳纳米管表面上的吸附方向。（2）采用改进后的Hummers法制备了氧化石墨（GO）,以抗坏血酸钠作为还原剂,通过化学回流获得的还原氧化石墨烯（R-r GO）表面带有大量的含氧官能团,比表面积为299.0 m~2g-1,在1 A g-1时比电容为146 F g-1。PQ作为修饰分子,利用相同的方法制备了PQ-R-r GO材料,该材料显示出出色的电化学性能(在1 A g-1时比电容达到356 F g-1),具有优异的电化学稳定性（循环10 000次后比电容依然保持了初始值的91.3%）。将PQ-R-r GO材料作为正负极组装对称电容器,在功率功率密度为0.8 k W kg-1时能量密度为17.0 Wh kg-1。同样PQ作为修饰分子,抗坏血酸钠作为还原剂,通过一步溶剂热反应制备出菲醌修饰还原氧化石墨烯（PQ-S-r GO）。PQ-S-r GO材料具有良好的电化学性能(在1 A g-1下比电容可达265 F g-1),具有出色的倍率性能(在20 A g-1时的比电容为初始值的76.2%),优异的电化学稳定性（经过10 000圈循环后依然保持初始值的97.7%的比电容）。在组装成对称电容器后,该装置的能量密度为12.3 Wh kg-1,功率密度为0.8 k W kg-1。通过第一性原理计算探究有机小分子PQ在石墨烯表面上的吸附方向。