多孔碳凭借导电性良好、孔隙结构丰富等优势常被应用于新型储能器件电极材料:如超级电容器、锂硫电池等。但是其作为电极材料也暴露出倍率性能差、比容量低等问题。通过碳材料中引入杂原子及对孔结构的调控,可以有效改善这些问题。本文以良好分子设计性的苯并噁嗪为前驱体,SBA-15为硬模板剂,制备出氮掺杂且孔道有序的碳材料。研究了不同工艺条件下制备的碳材料的结构及将其用作超级电容器与锂硫电池电极材料的电化学性能。主要工作内容及结果概括如下:(1)以苯胺-苯酚/腰果酚型苯并噁嗪为碳源、SBA-15为模板剂制备一系列氮掺杂碳材料(苯胺-NCM),将其用作超级电容器电极材料。探究碳化温度、模板剂与前驱体用量比例、升温速率以及不同氮含量对材料性能的影响。结果表明苯胺苯酚型苯并噁嗪碳前驱体在碳化温度为900℃、模板剂前驱体的质量比为1:1,并以5℃/min的升温速率制备的碳材料展示出最佳电化学性能,其比表面积为850 m~2/g,总孔容为1.38 cm~3/g,氮掺杂量为4.95 at.%;材料具有棒状结构且孔道排列有序;三电极体系测试结果,在0.25 A/g电流密度下比电容为297 F/g,当电流密度5 A/g时仍能保持初始比容量的71%,说明材料倍率性能良好。以其为电极材料组装的对称型器件在两电极体系测试计算出能量密度(10.1 Wh/kg)和功率密度(1250 W/kg);5 A/g电流密度下,经2000次充放电循环后,其电容保持率为96.1%,和同类型的碳材料相比,电化学性能突出。(2)以KH550-苯酚型苯并噁嗪为碳前驱体、SBA-15为模板剂制备出氮掺杂含硅碳材料(KH550-NCM)。同样考察了不同的工艺条件制备出的碳材料电化学性能,以及少量硅的引入对材料结构及性能的影响。电化学性能测试结果表明此种前驱体在900℃的碳化温度,4:5的模板剂前驱体质量比,5℃/min的升温速率下制备的碳材料性能最佳;材料比表面积高达1820.7 m~2/g,总孔容为2.4 cm~3/g,氮掺杂量为1.37 at.%;较高的比表面积与孔容及有序的孔道结构都有利于提高材料的性能。三电极系统测试结果:0.25 A/g电流密度时,材料比电容为315 F/g优于苯胺-NCM(0.25 A/g,297 F/g),硅元素的引入对改善材料孔道结构及电化学性能有很大影响;5 A/g电流密度下仍保持230 F/g的高比电容,电容保持率为73%,材料的倍率性能优异。制备为对称型器件,2000次电流密度5 A/g的充放电循环后,可保持97.5%的初始比容量,循环性能优异。经计算也具有较高能量密度(10.4 Wh/kg),功率密度(1440 W/kg)。(3)分别将优化出来的电极材料,通过与硫复合,制作成锂硫电池正极材料。该部分研究考察了不同碳材料基底、不同硫复合量对其电化学性能的影响。测试结果表明高比表面积、孔隙结构丰富的KH550-NCM与硫的复合材料在含硫量为62.5 wt.%时电化学性能最佳;0.1 C倍率下初始比容量为1250 m Ah/g,循环200个周期后仍维持760 m Ah/g的比容量;1 C倍率时初始比容量为660m Ah/g,循环400个周期后比容量保持为503 m Ah/g,电容保持率为76.2%。