如今,由于全球城市化进程的迅速发展,能源供应已经无法满足日益增长的需求。能量存储和转换技术是解决能源危机、环境危机的关键所在。在各种储能设备中(锂离子电池、燃料电池和超级电容器),超级电容器以其特有的优势:超高的充放电速率、超长的周期寿命和循环稳定性等,在实际应用中具有很大的潜力。虽然超级电容器已经取得了一些成果,但是他们的能量密度仍不如液流电池(20～80 W h kg-1)和传统电池(80～200 Wh kg-1)。因此,提高能源密度、保持电力密度和循环稳定性是超级电容器的主要问题。采用具有表面氧化还原反应能力的电极材料,可以使能量密度显着增加(10倍或更高)而功率密度和循环性能基本不受影响。其中,将杂元素(如氮、硼、硫、氟、磷等)引入碳骨架是现如今研究的重要方向;而且多元素掺杂,如N与O或P元素还可以产生电化学协同作用。本论文以合成的含N元素聚酰亚胺及含P、N、0元素的磷腈材料为前驱体,碳化制备多元素掺杂的碳材料。同时运用XRD、Raman、SEM、XPS、N2吸附-脱附等测试方法对材料的结构及表面化学进行了分析,并通过循环伏安(CV)、恒电流充放电(GCD)、电极交流阻抗等技术手段系统评估了其电容性能。主要研究内容如下:(1)通过精细调控聚酰亚胺(PI)与聚磷腈(PZ)(如苯氧基聚磷腈)的共混比例制备了具有高电化学性能的多元素(N、P和O)掺杂碳材料。聚磷腈与聚酰亚胺共混提高了聚合物的碳化程度、改善了碳材料的孔结构。探究了 PI和PZ的共混比例对PI/PZ碳材料的形貌、结构和电化学性能的影响规律。当PI和PZ共混比例为1:0.3时制备的碳材料石墨化程度最高,电化学性能最好,在0.5 A g-1电流密度下质量比电容达到了528.4 Fg-1。(2)选择电化学性能较好的PI/PZ=1:0.3前驱体,研究了碳化温度对碳材料形貌、晶型以及杂元素含量的影响。在600-900 ℃范围内,随着碳化温度的升高,PI/PZ碳材料的石墨化程度升高,而杂原子保留率降低,其中900 ℃碳化的PI/PZ=1:0.3-900碳材料具有最高的石墨化程度。(3)选择电化学性能较好的PI/PZ=1:0.3前驱体,碳化温度为800℃,探究活化比例对PI/PZ=1:0.3碳材料比表面积和电化学性能的影响。活化比例为1:5时,比表面积最大为1767.25 m2 g-1,质量比电容为435.6 F g-1。(4)通过调控聚酰亚胺(PI)与环磷腈(CP)共混比例制备了多元素(N、P、O)共掺杂碳材料,获得了最佳的PI/CP前驱体比例。并与PI/PZ碳材料的电化学性能进行对比分析。聚酰亚胺和环磷腈共混比为1:0.5时具有最高的质量比电容,在0.5 A g-1电流密度下为474.5 F g-1。