多孔炭材料因其发达的比表面积、出色的化学稳定性和优异的导热导电性能被广泛地应用于催化剂载体、气体储存和电极材料等领域。根据实际应用中的需求对炭材料进行结构剪裁可以有效提升其应用性能,是目前炭材料研究领域的热点。如何精确调控炭材料的孔道结构和表面化学以满足应用的要求仍然存在很大的挑战。本论文开展了以石墨烯/聚丙烯腈纳米复合材料为炭前驱体合成含氮多孔炭材料的研究。(1)以丙烯腈(AN)为聚合单体,过硫酸铵(APS)为引发剂,采用类似聚丙烯腈聚合的水相沉淀法,在氧化石墨烯的水溶液中通过原位聚合制得石墨烯/聚丙烯腈纳米复合材料,然后经过炭化和活化得到氮掺杂的大孔-微孔相互贯通的多级孔炭材料。材料具有丰富的比表面积787 m2g-1和孔容1.98 cm3 g-1,杂原子N的含量达到6.2 wt%,其中石墨化N占到40%。材料负载铜催化剂应用于乙醇直接脱氢制乙醛的催化反应,铜的分散度高达18.3%,乙醇转化率为83.2%,乙醛选择性超过95%,500 mmin的稳定性测试后乙醇的转化率仍可以保持在80%,并且测试前后铜颗粒的尺寸几乎不变(6.3nm到6.7 nm)。材料优异的催化性能归因于丰富的含N官能团和多级孔结构之间的协同作用。XPS测试和DFT计算表明,N掺杂的炭材料有利于铜颗粒的分散和稳定；空速实验表明高空速下该材料具有更高的时空收率,表明材料的多级孔结构有利于气体的传输从而获得更好的催化性能。(2)基于上述材料大孔和含氮丰富的优异特性,选用碳酸钾活化来极大地丰富材料的比表面积和孔容,以期获得突出的二氧化碳吸附分离性能。通过考察活化温度、炭化温度和后处理方式对材料结构和吸附性能的影响,得出最佳的活化条件。将聚合物、预氧化物和炭化产物作为活化前驱体,活化后比表面积和孔容提升明显,杂原子N的含量活化前后基本不变,并且炭化产物活化后仍保持大孔的特征。将材料应用于二氧化碳吸附分离测试,静态测试：25℃时,炭化物活化后的CO2饱和吸附量最高可以达到4.0mmol g-1; 0℃时,聚合物活化后的CO2饱和吸附量最高可以达到6.5 mmol g-1,这是因为低温下微孔的比表面积和孔容起主要作用,常温常压下适宜的微孔孔径发挥决定性作用。动态测试：模拟烟道气的组成,材料对混合气中二氧化碳的吸附量(1.03 mmol g-1)与相应分压下的静态吸附量(1.22 mmol g-1)一致,并且循环再生能力强,具有实际应用的价值。