能源危机使得新型储能材料的开发迫在眉睫。这其中,超级电容器以其优异的存储性能及使用稳定性而得到了广泛的关注。然而,受制于双电层及赝电容储能机理的限制,提升材料比电容及能量密度一直是急需解决的难题。本文采取了多种实验策略,利用石墨烯的模板效应与分散效应,设计合成了二维结构的石墨烯基复合材料从构建空间维度、优化孔径结构、掺杂杂原子、提升导电性、构筑混合电容器等方式加强电解液离子及电子的传输,成功实现了比电容、倍率性及能量密度的提升,具体章节内容如下:以石墨烯作为辅助模板,果糖为炭源,甘氨酸为氮源通过美拉德反应成功制备了多孔二维纳米片/石墨烯复合材料。石墨烯作为自模版可辅助引导二维纳米片结构的形成,在活化后可得到丰富的孔隙结构,所获得分布均匀的介孔明显提升了材料的倍率性能,当电流密度增大到20 A g^-1时,氮掺杂石墨烯复合材料（FGA-a）依然保持初始比电容的70.5%,而未引入石墨烯的氮掺杂炭材料的电容保持率仅有54.5%,这是因为石墨烯的固氮作用减少了在高温活化下氮的流失。掺杂杂原子对提升材料比电容具有明显效果,在相同电流密度下,掺氮材料（FA-a）表现出的比电容远高于未掺材料（FG-a）,同时对比实验发现含氮量越高所产生的赝电容效应越大。以过期面粉为前体,以氧化石墨作为模板,以硫尿作为硫、氮源制备合成了多孔二维纳米片结构,石墨烯作为模板起到调节面粉基炭材料微观形貌并形成二维纳米片的作用,活化后仍然存在的石墨烯更进一步加强了炭材料的导电性及稳定性,在30 A g^-1的电流密度下复合材料（NSCG）展现出了良好的倍率性（70%）。在5 A g^-1的电流密度下充放电5000次后循环性能优异（93%）。而且N、S杂原子的掺杂带来了赝电容的性能加成,氮硫共掺杂纳米片材料（NSCG）在0.5 A g^-1的电流密度下,展现出了291 F g^-1的质量比电容,远高于单氮掺杂（NCG）。本章以石墨烯作为辅助模板,以马铃薯淀粉为前驱体,尿素为氮源通过简单混合法实现二维多孔纳米片复合材料的制备,系统研究了石墨烯的引入对材料微观结构及组成的影响。首先石墨烯与炭基前驱体复合形成高比面积的二维层状结构,展现出了丰富的孔径分布,在大电流密度下展现出优异的倍率性能,在50 A g^-1的电流密度下最优的氮掺杂二维纳米片（NCNS-3）仍然具有80%以上的电容保持率。实验现象表明吡啶氮和吡咯氮总体比例的提升是影响赝电容电化学活性的重要因素,同时理论计算表明吡啶氮和吡咯氮具有更高的反应活性,有利于电化学性能的提升,通过添加适量的石墨烯可以提升材料氮含量并且优化氮组成,这种二维平面结构的氮掺杂纳米炭片展现出了优异的储能效果。以石墨烯作为作为镍钴氢氧化物纳米线的生长基底,利用其分散效应成功实现了一维纳米线/二维石墨烯复合材料的制备,石墨烯表面丰富的活性位点可以为镍钴纳米线的生长提供有力引导,使得纳米线在石墨烯表面分布均匀、结构稳定,电子在石墨烯的帮助下转移迅速,材料的比电容及稳定性得以提升。在1 A g^-1的电流密度下,镍钴纳米线石墨烯复合材料（NiCo-NWs/G）的比电容高达1449 F g^-1,当电流密度增大至20 A g^-1时保持率高达61%。与商业化活性炭（AC）相结合,基于镍钴纳米线复合材料构筑的混合超级电容器（NiCo-NWs/G//AC）在1 A g^-1的电流密度表现出118 F g^-1的电容量,当功率密度为0.8 kW kg^-1时,能量密度高达42.1 W h kg^-1,展现出了实际应用的潜力。