目前,以生物质为原材料,采用传统的接触式加热方式以及碳化-活化两步法制备的多孔炭材料具有制备时间长、耗能大、孔径结构单一、表面亲水基团少等缺点,导致最终得到的多孔炭基碳电极的制备周期长、倍率特性差以及比电容低,这极大地限制了生物质基多孔炭材料在超级电容器领域的应用。本文以木质素为原材料,采用实时分析方法,揭示了木质素的热解过程与机理。利用湿化氮气微波法在较短时间内（5-50分钟）一步制备出具有发达多层级孔结构以及丰富含氧化学官能团的木质素基多孔炭材料,并运用介质阻挡等离子体改性技术在木质素基多孔炭表面同时引入大量含氮以及含氧化学官能团,最终得到了兼具高倍率特性与高比电容的木质素基碳电极以及超级电容器。本文的研究成果在保证木质素基多孔炭优良物理化学性能的同时,大幅度缩短了其制备时间,为实现低成本、高性能的木质素基碳电极的工业化应用提供了理论指导以及实践依据,并对于木质素的高附加值利用具有重要的现实意义。本文的主要研究结果如下:（1）木质素热解完成后,具有较高的碳得率,除去灰分达到31.8%,是进一步制备多孔炭的良好前驱体。一级反应模型（Coats-Redfern）以及非等温自由模型（Ozawa-Flynn-Wall）都能够很好的模拟木质素的热解行为。（2）湿化氮气微波法能够在较短时间内（5-50分钟）完成木质素原材料到多孔炭材料的一步转化,并且在微波时间为30分钟,KOH与木质素的质量比为3:1的制备条件下得到的多孔炭材料具有多层级孔结构（中孔含量为65.58%）、超高的比表面积(2866.6m²·g^-1)、总孔容(2.022 cm³·g^-1)以及丰富含氧化学官能团（氧元素含量达到17.54%）。此条件下得到的多孔炭基碳电极在电流密度为0.5 A·g^-1下,比电容能够达到216.3 F·g^-1。当电流密度增大到10 A·g^-1时,比电容保持率能够达到87.1%。湿化氮气在微波活化过程中能够充当物理活化剂,与化学活化剂（KOH）协效造孔。经过湿化氮气工艺处理得到的多孔炭基碳电极较未经过湿化氮气工艺处理得到的碳电极的比电容提高了8.4%。（3）以氨气与水蒸气为激发介质的等离子体改性处理都能够在短时间内（5分钟）进一步改善多孔炭的孔径结构。改性多孔炭的比表面积较未处理试件分别提高了10.2%与11.6%。同时,这两种等离子体改性处理能够通过在多孔炭表面引入大量含氮（最大氮元素含量为4.88%）以及含氧化学官能团（最大氧元素含量为33.43%）,从而制备出氮掺杂以及氧掺杂的木质素基多孔炭。在电流密度为0.5 A·g^-1下,以其制备的碳电极的比电容较未改性试件分别提高了34.6%与31.9%。当电流密度增大到10 A·g^-1时,比电容保持率分别达到83.9%以及80.5%。然而,以氨水为激发介质的等离子体改性处理能够在较氨气与水蒸气等离子体改性更短的时间内（3分钟）达到最优的孔径改善效果,展现出超高的比表面积(3414 m²·g^-1),较未处理试件提高了19.1%。同时,氨水等离子体改性处理通过在多孔炭表面同时引入含氮（氮元素含量为4.12%）以及含氧化学官能团（氧元素含量为27.38%）制备出氧氮共掺杂木质素基多孔炭。以其制备的碳电极在电流密度为0.5 A·g^-1下,比电容能够达到298.8 F·g^-1,较未处理碳电极增加38.1%。当电流密度增大到10 A·g^-1时,比电容保持率能够达到85.2%。制备的氨水等离子体改性多孔炭基超级电容器在0.5A·g^-1的电流密度下,单电极比电容能够达到257.6 F·g^-1,并且在2000次循环充放电后,仍然能够保持95.3%的比电容值。此电容器在能量密度为82.4 Wh·kg^-1时,依然能够输出1.4kW·kg^-1的功率密度。（4）氨水等离子体改性具有对多孔炭物理化学性能的协效影响作用,并且能够得到较另外两种等离子体改性最高的比电容,这种作用可能的影响途径如下:氨水能够受热分解为氨气与水蒸气,这些气体通入等离子体反应腔体内,并在等离子体发生器启动后同时作用在多孔炭材料表面,对多孔炭的物理化学性能具有协效影响作用。氨水等离子体改性后的碳电极具有较氨气、水蒸气等离子体改性的碳电极更好的电化学性能。一方面,氨水等离子体改性能够进一步改善多孔炭的孔径结构,取得较氨气以及水蒸气等离子体改性更优的效果;另一方面,其能够在碳层结构中同时引入氮杂原子和氧杂原子,这些杂原子不仅能够改善多孔炭表面润湿性,并且能够通过参与法拉第氧化还原反应,贡献赝电容,提高碳电极的电化学性能。等离子体改性多孔炭的物理化学性能与其制备的碳电极的比电容无线性关系:碳电极的比电容大小并不由多孔炭的单一物理化学性能决定,而是由这些性能的共同作用结果所致。