日益增长的能源需求对储能装置的性能提出了更高的要求。在各种储能器件中,超级电容器脱颖而出,成为最具发展潜力的储能设备之一。本论文采用昭通褐煤与不同生物质的共热溶物作为碳源制备多孔炭材料,同时,采用不同类型的质谱分析碳源的分子组成。综合碳源分子组成与多孔炭材料形貌和性能之间的数据,构建碳源分子与材料电化学性能之间的关系,为碳源的优化提供必要的理论和方法基础。首先,进行制备条件的优化。以昭通褐煤热溶物作为碳源,以纳米ZnO作为模板剂,KOH作为活化剂,采用一步炭化活化法制备多孔炭材料。详细地讨论了活化温度、活化时间、模板剂和碱碳比对材料电化学性能的影响。通过对比不同条件制备材料的性能,最后确定最佳条件为碱碳比3:1,模板比3:1,活化温度700 ~oC,活化时间2 h,炭化温度300 ~oC,炭化时间30 min。在最优条件下,得到的炭材料比电容达到299 F/g。其次,进一步对碳源进行优化。采用不同生物质(稻壳、稻杆和麦秆)按不同质量比与煤混合得到的共热溶物作为碳源,按照最佳制备条件合成炭材料。同时,对于共热溶物碳源用质谱进行分子层面的研究。结果发现,在以稻壳和褐煤共热溶物为碳源时,当稻壳的质量占比为3/4时,对应的多孔炭材料具有最佳的比电容352 F/g。同时,对于碳源的研究发现,其中主要包含酯类化合物和酚类化合物。随着稻壳占比的增加,碳数高、不饱和度大的化合物的比例降低,其次,随着稻壳的增加,热溶物中含氮化合物的相对含量增加。在以稻杆和褐煤共的热溶物做碳源时,当稻杆的质量占比为1/4时,其比电容高达355 F/g,在电流密度为1 A/g下进行了10000次循环,电容保持率高达75.3%。其碳源中的含氧化合物占有很大的比例;酯类是最主要的含氧化合物,高的酯类化合物含量可能是源于热溶过程中的酯化反应;其次是酚类化合物。除了含氧化合物之外,含氮化合物的存在对于多孔炭材料的电化学性能有很大的影响。麦秆和褐煤共热溶物作碳源的条件下,当麦秆的质量占比为1/4时,其制备的多孔炭材料具有最佳的比电容384 F/g;在二电极系统下,经过10000次循环之后电容保持率高达98.2%。含氮化合物的赋存状态也会影响材料性能:氮以芳香环内氮的形式存在时,其在炭化过程中不易挥发,更容易保留在材料中。通过上述研究,可以进一步总结如下结论:共热溶物中酯类化合物含量最高,酯类化合物的稳定存在对于保持碳元素的沉积率有帮助;在碳源中加入一定量的生物质后,会带来含氮化合物含量的增加,材料中氮的存在可以提高电极材料的电化学性能。综上所述,本研究探究了以煤热溶物为碳源制备多孔炭材料的最佳条件;并进一步对碳源进行优化,构建碳源分子特征与多孔炭材料电化学性能之间的关系,为碳源的优化提供必要的理论和方法支持。该论文有图46幅,表22个,参考文献110篇。