当今化石能源的过度消耗促使人们把目光转向了清洁能源开发,以缓解化石能源危机。能量存储和转换器件是能否高效利用清洁能源的关键。炭材料在清洁和可持续能源技术中起着非常重要的作用,多孔炭作为炭材料中重要的一员,拥有较大的比表面积、高导电率、孔结构可调控、来源广泛、价廉易得、物理和化学性质稳定等优点,受到了国内外科研者的广泛关注。本论文将多孔炭及其与碳纳米管的复合物作为电化学电容器和锂离子电池的活性物质。运用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、比表面积测试(BET)、X-射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和红外光谱(IR)等手段对多孔炭及其复合物的组成、结构、形貌进行了表征,运用交流阻抗(EIS)、循环伏安法(CV)和恒流充放电(CD)等技术对多孔炭及其复合物进行了电化学性能评价。系统地研究了多孔炭及其复合物的制备方法、形貌、结构及其电化学性能,且达到了预期的研究目的。前言部分简单介绍了炭材料的分类及炭材料的优点,着重介绍了多孔炭的制备方法,多孔炭的改性方法以及多孔炭在电化学方面的主要应用。首先,以冷冻干燥获得的多孔胡萝卜为碳源,经过600 oC氮气氛围下炭化和KOH活化,获得了多孔结构的炭材料。结果表明:通过活化处理,多孔炭的比表面积从7.0 m2 g-1大幅提高到147.2 m2 g-1。而且,活化后的多孔炭产生了414 F g-1的最大比电容,且电流增至4 Ag-1时的电容保持率为74.5%。而未活化的多孔炭最大电容为253 F g-1,电容保持率仅为45.1%。此外,活化后的多孔炭还具有优异的电化学稳定性。在5 A g-1电流下循环8000圈后,其电容保持率高达94%。活化后的多孔炭在电容性能方面的极大改善与其比表面积的大幅提高及介孔的增多有密切关系。其次,通过共热解廉价的三聚氰胺和聚乙二醇前驱体,然后刻蚀除去氧化镁这一简单有效的方法制备了交联网络结构的氮掺杂多孔炭材料。系统的研究了聚乙二醇-氧化镁-三聚氰胺的比例以及热解温度对多孔炭的形貌、结构和组成的影响。结果表明,多孔炭的电化学电容行为可以通过简单调整各组分的比例和热解温度进行调节。当聚乙二醇-氧化镁-三聚氰胺的比例为10:7:3,热解温度为700 oC时材料表现为交联的网络状结构,具有最高的比表面积370.8 m2 g-1和1.65 cm-3 g-1的总孔容,8.54 at.%的含氮量,以及保存完好的孔结构。这些优点有助于其在1 A-1的电流密度下获得485 F g-1的高比电容,同时具有良好的循环稳定性,在5 A g-1电流密度下经过8000循环后,材料的比电容并没有衰减。基于原料来源广泛,制备方法简单和电化学性能优异,这种具有分级结构孔道结构的氮掺杂网络状炭材料有望在实际中得到应用。最后,探索制备了多孔炭/碳纳米管复合材料。以上一章制备的多孔炭为基础通过在前驱体中添加不同比例的碳纳米管,经炭化-酸刻蚀氧化镁后成功制备出一系列多孔炭/碳纳米管复合材料。物性测试结果显示,多孔炭和碳纳米管之间形成了比较理想的复合结构,同时具有较大的比表面积,最高可以达到1015.2m2 g-1。电化学测试的结果表明,合适的碳纳米管添加量可以有效降低复合材料的传荷电阻(Rct)。碳纳米管的添加量为3 wt.%时,复合材料PC@3%CNT具有最低的传荷电阻(70.5Ω)和最高的比容量,在200 m A g-1的电流密度下,经过100圈循环后容量没有出现衰减,保持在714.5 m Ah g-1。因此,该复合物有望作为锂离子电池负极材料,也为其它的多孔炭/碳纳米管复合物的制备提供了新思路。