超级电容器是一种功率密度高、维护成本低的电化学储能装置,其弥合了电池与传统电容器之间的差距。与一般储能材料相比,由多层类似富勒烯的石墨壳组成的碳纳米洋葱（Carbon nano-onions,CNOs）由于其的独特的结构、优异的稳定性和机械强度等,被认为是超级电容器电极的理想材料。但目前合成的CNOs,主要是单分散大尺寸结构,会导致其相互之间的导电性不理想,电容减小;高度石墨化也使其比表面积相对较小,不利于电容性能。因此研发高导电性、小尺寸以及高比表面积的CNOs对发展高性能超级电容器具有重要意义。本文发展了一种基于模板的CNOs尺寸可控制备的方法。首先使用热分解的方法合成了不同直径的Fe3O4纳米颗粒作为CNOs合成的模板;然后通过碳化、酸洗和石墨化,可控制备出了具有互联中空结构的CNOs;再通过KOH对互联中空CNOs进行化学活化以提高其比表面积。系统研究了石墨温度、尺寸及比表面积大小对CNOs电化学性能的影响。将CNOs在3M KOH电解质中进行三电极测试,结果表明互联结构提高了其导电性,使其比电容提高;5.6 nm CNOs在1200℃石墨化的电化学性能最优,这得益于中空和小尺寸结构增加了其比表面积,互联结构和石墨化增加了其电导率。在最优条件下制备的CNOs电极在1 A g-1电流密度下比电容可以达到182.1F g-1。经KOH化学活化后,CNOs的比表面积从505.5 m~2 g-1可增加到1186.8 m~2g-1,相应的比电容大幅度提升到282.6 F g-1。在此基础上构建的对称超级电容器,在2 A g-1电流密度下可以稳定循环50,000次后,仍有97.1%的高电容保持率,显示出诱人的发展前景。