基于生物质多孔炭,采用氮掺杂进行表面修饰和结构调控是研发高性能低成本超级电容器炭电极材料的研究热点之一。本文以蓖麻壳生物质为原料,合成了具有优良电化学性能的多孔炭材料。探讨了材料结构与其制备工艺的内在联系。研究了多孔炭与其电化学性能之间构效关系。利用液氮淬火高温生物质炭,改善多孔炭的孔结构和表面电化学性质。研究了富氮螺旋藻提取物作为氮掺杂剂对蓖麻壳炭介孔结构的调节机制,以及其对电化学性能的影响。这种替代化学试剂的生物质自掺杂方法可为生物质多孔炭电极材料的合成与改性提供了一种绿色可再生的新工艺。在此基础上,研究了经水热聚合后的氨基酸缩合物借助高温炭化合成无粘结剂电极的电化学性能及其制备机理。研究结果如下:采用液氮对800℃高温KOH活化的蓖麻壳炭进行淬火处理改善了其表面性质和孔径分布。所制得的多孔炭具有合适的微介孔结构,比表面积较大。液氮淬火有利于处于高温下的生物质炭形成更多的微介孔结构,这可归因于碳原子团簇间的范德华力和碳片间的弹性力。液氮淬火所制备的微介孔炭比表面积为1618 m2/g,相比较,无液氮淬火的样品的比表面相对较少为1334 m2/g。此外,电化学测试表明,经液氮淬火的样品的超级电容器电极性能显著提高,其双电极体系下比电容高达73.6 Fg-1,能量密度为6.8 Wh kg-1,相比较而言,未经液氮淬火的样品,其比电容仅有47.5F g-1,能量密度为4.2 Wh kg-1。富氮螺旋藻提取物浸渍蓖麻壳,通过KOH活化和高温煅烧,有效调节和修饰生物质炭的表面性质。所制备的掺氮多孔炭呈现出具有独特结构和高的比表面（1527 m2 g-1）。螺旋藻提取物中的富氮有机官能团改善了 KOH与蓖麻壳的相互作用,使所制得的多孔形成了独特的相互连接的微介孔结构有助于增强电荷转移,降低超级电容器电极的传质电阻。结果表明,在1 A g-1下,该电极具有良好的电化学性能,对于三电极体系,比电容高达333 Fg-1。在10A g-1下进行10000次循环后,比电容仅损失0.3%。对于双电极体系,超级电容器呈现较高的能量密度为10 Wh kg-1和功率密度为600W kg-1,经10000次循环后,比电容仍维持91.7%。因此,采用生物质抽提物自掺杂的合成方法,可以有效地改善多孔炭的性能,这为用于超电容器低成本电极材料开发提供了新的合成工艺。采用水热法和碳化法合成了氨基酸基无粘结剂电极。在氢键的作用,氨基酸残基基团在炭电极表面形成了网状薄膜结构。所制得的氨基酸炭薄膜电极可有效地解决了电极上活性物质的粘附和接触问题。研究结果表明,在薄膜上具有与离子孔径相适应的孔道、沟道和环道的形貌,其表面润湿性好,自掺杂氮形成赝电容。这些特性增加了薄膜电极对电解质的吸附扩散性能,提高了比电容。对于双电极电容器体系,该电极显示了有良好导电性能,高比电容（0.25 A g-1时为109 Fg-1）,并且有较高的能量密度和功率密度,其分别为15 Wh kg-1和125 W kg-1。