【摘 要】
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生物质是指在光合作用下由二氧化碳转化形成的有机体,具有来源丰富、自然可再生、价格低廉等优点,推动生物质资源的高效、多元化、可持续利用,有助于实现“双碳”目标和环境保护。生物质衍生碳材料具有自然有序的孔道结构和丰富的含杂原子（N、O、S、P等）官能团,满足电化学反应对于离子扩散、储存和转化的要求,被广泛地应用于电池、超级电容器（SC）、电催化氧还原反应（ORR）等领域。生物质衍生碳材料不仅可以通过调
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生物质是指在光合作用下由二氧化碳转化形成的有机体,具有来源丰富、自然可再生、价格低廉等优点,推动生物质资源的高效、多元化、可持续利用,有助于实现“双碳”目标和环境保护。生物质衍生碳材料具有自然有序的孔道结构和丰富的含杂原子（N、O、S、P等）官能团,满足电化学反应对于离子扩散、储存和转化的要求,被广泛地应用于电池、超级电容器（SC）、电催化氧还原反应（ORR）等领域。生物质衍生碳材料不仅可以通过调节杂原子的种类和含量实现其物理性质和化学性质的调控,还可以通过改变孔隙结构提高其电化学性能。本论文分别以木质素磺酸钠和琼脂为生物质前驱体,利用其价格低廉、自然可再生、丰富的表面性质等优势,制备出杂原子掺杂多孔碳材料,应用于微型超级电容器（MSC）、双离子电池-超级电容器混合器件（DIB-SCHD）、ORR领域。主要研究内容如下:（1）利用木质素磺酸钠为原料,三聚氰胺海绵和氢氧化钾分别为模板、活化剂,通过喷涂、碳化和球磨过程制备出具有优异的电容性能的氮、硫共掺杂多孔碳基油墨,通过丝网印刷的方式,制备出交叉指和条纹图案的平面MSC,该器件可以通过改变串并联MSC的个数实现对输出电压和电容的精准调控。此外,该器件具有优异的机械稳定性和形状多样性。这个策略为低成本和可扩展性的电化学储能器件提供了新的解决方案,可被应用于可穿戴和智能电子设备,微型传感器、电动汽车和工业电源管理。（2）利用琼脂为原料,采用溶胶凝胶法制备氮掺杂微孔主导多孔碳（N-MPC）,基于Li Cl/EMIMBF4双盐电解液,发展了双离子电池-超级电容器混合器件,该器件巧妙地集成了双离子电池（DIB）和超级电容器（SC）,被希望同时继承双离子电池的高能量密度和超级电容器的高功率密度。得益于相同的电解液消耗储能机理和对称式电极构型的特点,该器件在3.5 V电压窗口下显示374 F g-1超高的质量比电容,并在1144W kg-1功率密度下呈现208 Wh kg-1极高的能量密度和在77 Wh kg-1能量密度下输出22834 W kg-1超高功率密度。双离子电池型和超级电容器型电极的完美结合为“双高（高能量密度、高功率密度）”型电化学储能器件提供了一种新的策略。（3）分别以木质素磺酸钠为碳、硫源,三聚氰胺海绵为模板,氢氧化钾为造孔剂,通过改变预碳化温度和碳化温度发展了具有较高ORR活性的氮、硫共掺杂碳催化剂,实现电催化氧化原反应的两电子和四电子过程的调控。其中KNSC-350-0在电位为0.4V（vs.RHE）下对H2O2的选择性高达88%,转移电子数为2.2,在电流密度为0.1 m A cm-2下起始电位为0.783 V。KNSC-550-800在电位为0.4 V（vs.RHE）下对H2O2的选择性为15%,电子转移数为3.7,极限扩散电流密度为5.27 m A cm-2,半波电位达到0.84V。对照实验及表征结果表明,2e-ORR的活性位点为苯并噻吩砜结构单元,4e-ORR的活性位点为苯并噻吩砜和苯并噻吩亚砜结构单元。
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聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanotates,PHAs）是一种生物高分子材料,由微生物在不均衡的营养条件下合成。PHA具备与传统塑料相近的物化性能,是一种生物相容性好、生物可降解性的环境友好材料;具备光学异构性、压电性等独特的附加性质。PHA在医疗耗材、包装材料等领域展现出巨大的应用前景。天然环境中PHA降解菌分布广泛,PHA能够被微生物完全分解成CO2及H2O,不会对环境造成污染
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心血管疾病是全球发病率和致死率最高的疾病之一,严重影响着人类的健康。血管移植手术是治疗严重心血管疾病的常用且有效的方法,但由于自体血管来源不足,异体血管免疫排斥反应比较严重,因此临床上常常需要用到人工血管。大口径人工血管（内径≥6mm）在临床上的应用已达到良好的效果,而小口径人工血管（内径＜6mm）由于急性血栓、内膜增生和钙化等导致通畅率低的问题,仍无适合于临床应用的产品。因此,小口径人工血管的开
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