多孔碳材料具有丰富的孔结构和较大的比表面积,在燃料电池、锌空气电池、锂离子电池、锂硫电池、钠离子电池等能源储存和转换器件中有广泛的应用前景。本论文以廉价生物质为碳源,设计合成了系列多孔纳米碳材料,并对其在锌空气电池和锂离子电池中的电化学性能进行了研究。主要内容如下:（1）以二氧化硅作为模板,壳聚糖为碳源和氮源,植酸为磷源,通过简单的高温热解成功合成了氮、磷共掺杂多孔碳（NPC-SiO₂）。所制备的材料的比表面积大(1355 m² g^-1),孔结构和缺陷丰富,可提供充足的Li⁺存储位点和快速的电荷传输动力学。作为锂离子电池负极材料,NPC-SiO₂表现出了良好的循环稳定性和倍率性能,在0.1 A g^-1的电流密度下,循环100圈后,放电比容量仍保持为1588 mAh g^-1;在5 A g^-1的电流密度下,循环1000圈后,放电比容量高达561mAh g^-1,高于大多数已报道的杂原子掺杂碳负极材料。（2）以生物质壳聚糖和植酸为原料,通过NaCl辅助的热解方法合成了由多孔纳米片交织而成的三维N,P共掺杂碳网络（3D-NPC）。NaCl的加入使得3D-NPC具有层级孔结构（纳米片上有微孔/中孔,以及纳米片之间有相互连接的大孔）,较大表面积(967 m² g^-1),较高的掺杂量（N:2.97 at%,P:1.54 at%）,丰富的催化活性位点（如吡啶-N,石墨-N,PC和边缘缺陷）和高电导率。3D-NPC在碱性和酸性介质中均表现出出色的ORR催化活性和很强的甲醇耐受性,特别是在碱性条件下超过了Pt/C。此外,以3D-NPC为阴极电催化剂组装的锌-空气电池（ZAB）比以Pt/C为阴极催化剂的锌空气电池具有更高的开路电压、功率密度、能量密度、更大的比容量和稳定性。（3）以生物质羧甲基纤维素钠为碳源,FeCl₃·6H₂O作为Fe源,尿素作为氮源,通过自模板法合成了铁/氮共掺杂多级多孔碳（Fe-N-HPC）。Fe³⁺与羧甲基纤维素钠络合,形成水凝胶,尿素均匀分散于其中。热解过程中,羧甲基纤维素钠转化成碳和Na₂CO₃,后者作为模板和造孔剂;Fe³⁺经过碳热还原生成Fe,均匀分布在碳网络中;同时尿素分解释放出的氨气作为氮源使碳材料掺杂氮。因此,Fe-N-HPC具有大的比表面积、三维多孔结构、高导电性和丰富的催化活性位点。在碱性介质中,Fe-N-HPC表现出了优异的ORR和OER双功能催化活性(E_j=10（OER）-E_1/2（ORR）≈0.71 V)。以Fe-N-HPC为阴极催化剂的可充式锌-空气电池的性能优于Pt/C基电池。