纳米多孔碳球作为常见的三维碳材料,其导电性能、发达孔结构、比表面积、机械稳定性以及表面化学性质等深刻地影响着超级电容器的性能。对纳米多孔碳球的结构和性质进行详细的研究并在此基础上进行结构优化,对提高超级电容器的性能具有十分重要的目的。基于以上思路,本文从纳米碳球的合成、改型两方面入手,采用水热法以及化学活化法相结合的方法,通过改变水热过程中蔗糖溶液的浓度以及添加表面活性剂来制备具有不同尺寸的单分散纳米多孔碳球。通过不同测试方法对制备的样品进行了详细的微观形貌分析和结构表征,结合扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、氮气吸脱附（BET）、拉曼光谱（Raman）以及电化学测试等表征手段,分析碳球粒径和超级电容器性能构效关系,着重研究了粒径对于孔结构、缺陷度、比表面积以及表面性质的影响,在此基础上还对不同粒径的多孔碳球进行了核壳结构设计及作为电极材料对超级电容器性能的影响进行了分析。本论文的主要研究内容如下:（1）以蔗糖为碳源,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面活性剂,采用水热法制备了单分散纳米碳球。加入表面活性剂可以有效解决水热法制备蔗糖基碳球易粘连的问题。并且为了寻找蔗糖基水热碳球的最佳活化工艺参数,设计进行了正交实验,探讨了活化工艺参数对碳材料的形态和结构的影响,并找出了匹配蔗糖基碳球活化的最佳工艺参数:即活化温度为700℃,活化时间为2h,碳碱比1:2。不同活化工艺条件下制备的样品比容量差异最大可达到122 F·g-1,充分体现了活化参数正确选择的重要性。（2）在探索最佳活化工艺参数的基础上,碳球的粒径对电化学性能影响也很大,为了发挥蔗糖基碳球的最佳性能,对碳球粒径和电化学性能构效关系进行研究。通过改变蔗糖溶液的浓度制备了粒径可调控的碳球（CS-X）。之后通过KOH活化,得到多孔碳球（PCS-X）。采用一系列测试表征方法,对所得到的多孔碳球样品（PCS-X）进行了微观形貌分析和化学结构表征。发现相较活化前,活化后样品表面变得粗糙,出现大量孔洞。进行电化学测试后发现,碳球粒径对电化学性能影响很大。450nm的碳球（PCS-450）比容量可达到275F·g-1,而粒径较大的1500nm碳球（PCS-1500）比容量仅有170F·g-1。组装成两电极后,当功率密度为500W·kg-1时能量密度可达到9.42Wh·kg-1,在10000次循环之后,比容量保持率为89.3%。反映到结构上首先可以看到比表面积相差较大,其次在缺陷度,官能团数量,孔分布上都有较大差异。最直观的表现为随着粒径的减小,比容量呈现先上升后下降的趋势。（3）为了使蔗糖基碳球的电化学性能进一步提高,在活化工艺和构效关系的研究基础上,针对碳球结构进行了设计。采用简单的水热法制备了Au纳米颗粒为核心,碳球为外壳的核壳结构复合材料（Au-PCSX）。相较于实心碳球,碳包覆金纳米颗粒的样品经过电化学测试后比电容都有不同程度的提升,其中样品Au-PCS450比容量提高了29.8%,达到364F·g-1。组装成两电极器件后,在功率密度为1500W·kg-1时能量密度可达到48Wh·kg-1,同时表现出优异的循环稳定性,经20000次循环测试后,其比容量无衰减。