超级电容器作为一种新型储能器件,凭借其独特和不可替代的优势,如功率密度高、循环寿命长以及安全无污染等,已经在世界范围内引起了人们的广泛关注。其中,电极材料是决定和制约超级电容器性能的关键。因此,寻找和开发结构稳定、性能优良的电极材料成为研究超级电容器的重中之重。本文的主要工作是利用聚丙烯腈和无机盐混合体作为碳前躯体,采用静电纺丝的方法合成不同结构的碳纳米纤维,并将其作为电极材料研究其电容特性。具体工作内容如下:1. 我们通过静电纺丝利用聚丙烯腈/醋酸镁（PAN/Mg（OAc）₂）前驱体溶液制备了一种PAN/Mg（OAc）₂复合纳米纤维膜,然后对此复合纤维膜进行预氧化和碳化处理,得到了富氮分级多孔的碳纳米纤维（HPCNFs）。Mg（OAc）₂作为Mg O模板的前体,不仅有助于形成具有大比表面积的多级孔结构,而且提高了HPCNFs的机械柔韧性。在碱性电解液中,HPCNFs-1 g表现出优异的电化学性能。在1.0Ag^-1的电流密度下,HPCNFs-1g具有263 F g^-1的高比电容。同时在100Ag^-1电流密度下其电容值仍能保持157 F g^-1,展现了良好的倍率能力。最后,在经过10,000次连续充放电循环测试后,HPCNFs-1 g仍保持高达94.2%的初始电容值,表明其具有稳定的结构特性。以上HPCNFs-1 g优异的电化学性能可以归因于分级多孔结构和高氮含量的协同作用。此外,HPCNFs出色的机械柔韧性证明其在柔性储能设备中具有广阔的潜在应用。2. 高的比表面积和高的导电率对超级电容器的电极材料至关重要。我们通过静电纺丝、预氧化和碳化等步骤,利用聚丙烯腈/氯化锌（PAN/Zn Cl₂）前体溶液,成功制备了三维（3D）交联的富氮多孔碳纳米纤维（C-CNFs）。经过系统表征,发现在预氧化过程中Zn Cl₂对纺丝纤维起到了交联作用,同时在碳化过程中,Zn Cl₂作为活化剂又可以在碳纤维中形成丰富的孔结构。电化学测试表明:在碱性电解液中,C-CNFs在高达60Ag^-1的电流密度下仍表现出约60%的电容保持率(与1.0Ag^-1相比),并且在经过60,000次连续充放电循环后,仍具有极好的循环稳定性（97.3%）;在酸性电解液中,C-CNFs在1.0Ag^-1的电流密度下具有214 F g^-1的高比电容,各种性能均优于未交联的碳纳米纤维（N-CNFs）。与N-CNFs相比,C-CNFs的电容性能显着提高,主要原因可归于C-CNFs的高比表面积和交联结构的协同作用。高的比表面积有利于更多电荷的积累,同时纤维的交联结构使得电子能够在整个纤维膜中快速转移。此外,我们制备的3D交联碳纳米纤维网络可为复合电极材料制备提供理想的框架结构,同时该结构在需要电子快速传输的其他系统（如金属离子电池和催化等）中也有潜在的应用。