可再生绿色能源（太阳能、风能、水能等）高度依赖于时间、地域、天气等因素而具有间歇性。因此,发展高效储能器件成为绿色新能源普及应用的关键。二次电池和超级电容器作为当下两大主流储能体系被广泛关注。超级电容器具有比二次电池更高的功率密度、更长的循环使用寿命以及更好的安全稳定性,有着不可替代的储能优势和应用场景。电极材料的组成与结构是超级电容器性能优劣的决定性因素。相对于碳基材料的双电层电容存储机制,过渡金属化合物凭借其固有的本征/非本征赝电容电荷存储机制,具有理论比容量高、能量密度大、制备成本低等优点,受到越来越多的关注。然而,导电性差、活性位点少、结构不稳定等问题严重阻碍了其实际应用。基于此,本论文通过引入微量高导电材料、磷化、构筑异质结等策略改性过渡金属化合物,改善其导电性、电极结构、循环稳定性等,极大地提高了过渡金属化合物的储能性能。具体研究内容与创新结果如下:1.通过简单的一步高温热解策略,制备了金属Cu~0和离子Cu+改性的CoO新型正极材料。得益于该材料的纳米花状结构以及Cu~0/Cu+间的协同效应,CoO电极的电化学性能得到了显著改善。电流密度为1.0 A/g时,Cu~0/Cu+改性的CoO比容量达694.6 F/g,是纯相CoO的4倍;经历10 000次循环后容量仍保持原有的93.4%。此外,将此改性策略推广到其他过渡金属氧化物（如NiO）中,电极材料的电化学性能同样得到了显著改善,验证了该方法的可推广性。理论计算进一步证明了Cu~0/Cu+的引入可以有效调节CoO的电子结构,提高材料的导电性和电子输运。2.采用简单的磷化策略进一步改性CoO,构筑了新型Co P/Cu3P异质结构纳米片正极材料。得益于Co P的高本征导电性和异质结构,电极的反应动力学得到了有效增强,比容量和倍率性能进一步提升。电流密度为1.0 A/g时,电极的比容量为734.2 F/g;即使电流密度增加50倍,仍保留其初始容量的53.2%;该电极也表现出了优异的循环性能。理论计算证实了Co P/Cu3P异质结构对Co P电子结构的调节和对电荷输运的改善。3.通过聚苯胺原位聚合策略改性商用MoO3纳米颗粒,成功合成了聚苯胺表面包覆、富氧空位的MoO3纳米带负极材料。得益于增强的电荷转移动力学、改进的导电性和优异的结构稳定性,MoO3纳米带在质子存储方面表现出了优异的电化学性能和超快的氢离子扩散能力。电流密度为1.0 A/g时,电极的比容量值高达1307.4 F/g（236.1 m Ah/g）;即使电流密度增加50倍,比容量仍保持原有的55.3%;经6000次循环容量保持率为95.5%。详细的微观结构分析和非原位研究揭示了MoO3纳米带负极材料在质子存储过程中的反应机制。4.通过聚苯胺原位聚合插层策略改性经退火处理的Ti3C2Tx,制备了-F官能团减少、层间距扩大以及具有三维纳米片结构的新型Ti3C2Tx负极材料。得益于片层间的相互交联、增强的电极反应动力学以及离子/电子快速传输层,所制备的Ti3C2Tx电极材料在电流密度为1.0 A/g时,比容量达652.3 F/g,是原始Ti3C2Tx容量的3倍;电流密度增加到50.0 A/g时,仍有高达80.9%的原有容量得到保留;经历10 000次循环后容量几乎没有衰减。此外,利用该材料优异的亲水特性,构筑的柔性自支撑薄膜电极具有2368.1 F/cm~3的高体积比容量。