聚吡咯是一种重要的功能高分子材料,由于其具有优异的光学与电学性能,在传感器、超级电容器、太阳能电池、复合材料与非线性光学材料等领域有着潜在的应用价值。然而,由于未取代的聚吡咯存在一些缺陷,如不溶不熔、机械延展性较差、加工困难等。为此,采用分子设计思想,通过化学方法在吡咯分子上引入柔性侧基或与其他单体共聚以改善该类聚合物的溶解与加工性能。利用傅氏酰基化反应,在毗咯分子的3位上引入了酰基取代基,制备了具有不同侧基长度的3-酰基吡咯：3-乙酰基吡咯、3-戊酰基吡咯与3-十二酰基吡咯。以对羟基苯甲醛为原料,经过一步反应法制备了对烷氧基苯甲醛：对丁氧基苯甲醛与对辛氧基苯甲醛。FTIR与1HNMR谱表明,合成的单体为目标产物。采用FeCl3氧化法,制备了3种聚3-酰基吡咯：PAPy、PVPy与PDPy。在酸性条件下,利用3-酰基吡咯与对烷氧基苯甲醛之间的缩聚反应,制备了5种新型具有交替供体／受体基团、可溶性的、窄带隙大π共轭的聚吡咯甲烯衍生物—聚{(3-酰基)吡咯-[2,5一二(对烷氧基苯甲烯)]}：PAPDMOBE、PAPDBOBE、 PAPDOOBE、PVPDBOBE与PDPDBOBE.利用FTIR、1HNMR、 UV-Vis-NIR、 PL、CV、TGA与XRD等分析手段对制备聚合物的结构与性能进行了研究,并且探讨了取代基结构对聚合物性能的影响。结果表明,聚3-酰基毗咯与聚吡咯甲烯衍生物的热分解温度分别约为210与160℃,光学禁带宽度分别约为2.2与1.5eV,其中,后者属于窄带隙共轭聚合物,且二者均为蓝色发光材料。前者只能部分溶于强极性有机溶剂中,而后者可以完全溶于适当的溶剂中。碳纳米管是一种具有独特中空管状结构、纳米级尺寸、较大的比表面积与长径比,并且具有优异力学、电学与热学性能的一维纳米碳材料。石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成的单层二维蜂窝状晶格结构的新型碳质材料。石墨烯独特的结构赋予其很多优异的性能,如力学、电学、热学与光学性能等。聚吡咯类衍生物(特指聚吡咯及其衍生物)与碳纳米管、石墨烯具有相似的π-π共轭电子结构,是与碳纳米管、石墨烯复合的良好材料。由于碳纳米管与石墨烯具有独特的结构和优异的性能,与聚吡咯类衍生物原位复合后,可以显著地改善聚合物的电学、光学与热学等性能。本文以吡咯、3-酰基吡咯、对甲氧基苯甲醛为原料,碳纳米管、氧化石墨为单体聚合的模板,采用原位化学聚合法制备了聚吡咯类衍生物／碳纳米管、聚吡咯类衍生物／氧化石墨(或石墨烯)复合材料。采用FTIR、XRD、FESEM、TEM、 TGA、CV、GCD、EIS与四探针法等分析与测试方法对制备复合材料的结构、微观形貌、热稳定性能、导电性能与电化学性能进行了研究,探讨了聚合物的结构及组分含量对复合材料性能的影响。利用CV、GCD与EIS技术,系统地考察了各电极材料的电能储存机理、比电容、溶液电阻、电荷转移电阻以及电极过程中的动力学控制情况。FTIR谱表明,碳纳米管与氧化石墨仅作为单体聚合的模板。FESEM与TEM照片显示,聚吡咯类衍生物均匀地包覆在碳纳米管、氧化石墨(或石墨烯)的外表面,且随着投料比的增加,包覆的厚度逐渐增加。XRD谱显示,聚3-酰基吡咯及其纳米复合材料具有一定的结晶性,而纯的PPy、PPDMOBA及其纳米复合材料为完全非晶态。导电性能研究发现,碳纳米管可以显著地提高其复合材料的导电性能。氧化石墨的电导率很差,而石墨烯的电导率达到了16.7S/cm。另外,随着Py/GO投料比的增加,PPy/GO复合材料的电导率显著地增加,当投料比为3/1与5/1时,其电导率分别达到了1.27与6.25S/cm,高于纯PPy与GO,表明PPy与GO间存在协同作用。电化学性能研究表明,制备的聚3-酰基吡咯/MWNTs、PPy/MWNTs、 PPDMOBA/MWNTs、PPy/GO、PPy/GR与PPDMOBA/GO复合材料具有良好的双电层电容器的电容特性和较小的电荷转移电阻。其中,PPy/MWNTs、PPy/GO与PPy/GR复合材料具有较高的比电容,良好的循环稳定性,接近于理想电容器,可用作超级电容器的电极材料。