多孔碳材料因具有高的比表面积和优良的物理化学性质广泛应用于催化剂载体、分离材料和先进电子材料等方面。合成多孔碳材料的常用方法包括有机凝胶碳化法、催化活化法和聚合物碳化法等。这些方法制备的多孔碳材料多数比表面积低,孔径不可调且不均一。近年来,多孔碳制备方法取得了一些新的突破,以硅胶、沸石分子筛、金属有机骨架材料(MOFs)为前体模板,制备出了高比表面积且有序的介孔纳米碳材料,在气体选择吸附、储氢、电化学及催化方面显示出了较好的性能,已经成为本领域研究热点之一。随着化石能源的消耗所带来的巨大环境问题,新能源材料的需求与日俱增。以非金属掺杂纳米多孔碳和纳米碳基复合材料已被证实是优良的电化学材料,可以作为锂离子电池负极材料、超级电容器材料等。本文以成本低、易于合成的生物学配位聚合物(以小生物分子氨基酸为配体)为软模板制备了氮掺杂纳米多孔碳,并对其进行了表征和性能测试。采用了一步法合成了M@C(M:金属纳米粒子,C:多孔碳)复合物,两步法合成了MO@C(M:金属氧化物纳米粒子,C:多孔碳)复合物。并利用透射电镜原位加热技术,在样品不同碳化温度下的形貌和成分进行了动态实时监测,进一步探讨了碳化温度与最终产物的关系。本文主要内容包含以下几部分:第1章,绪论部分。概述了纳米多孔碳材料的定义、分类、合成方法以及应用领域,重点介绍了氮掺杂纳米多孔碳的制备方法和应用情况。另外,也对碳基金属复合物和碳基金属氧化物复合物相关研究情况进行了介绍。第2章,首次以自组装的生物学配位聚合物-谷氨酸合锌(Zn-Glu)为模板,不添加其它碳源和氮源,在氮气保护下制备氮掺杂纳米多孔碳。通过XRD、SEM、TG-DTA、TEM、XPS、氮气吸附-脱附、拉曼光谱等方法对产物进行了表征。结果表明,试样的氮含量为3.34%,比表面积高达1619.2 cm2?g-1,孔径分布具有层次结构,主要集中在1.1 nm和2.9 nm,孔容量为0.91 cm3?g-1。氮掺杂纳米多孔碳的超级电容器性能测试结果显示,在0.25 A?g-1的电流密度下,比电容达到140.8 F?g-1,超级电容性良好。第3章,以自组装的配位聚合物-天冬氨酸合锌(Zn-Asp)为模板,在氮气氛围保护下,制备氮掺杂纳米多孔碳。通过XRD、SEM、TEM、TG-DTA、氮气吸附-脱附等对产物进行了表征。结果表明,氮掺杂纳米多孔碳最大比表面积为1397.84 cm2?g-1。通过对CO2气体进行吸附性能测试发现,比表面积为884.32m2?g-1、氮含量为1.50%的样品对CO2有相对较好的吸附性质(在273 K温度下,CO2吸附量为75.57 cm3/g)。第4章,以苝四酸镍(Ni-ptca)为模板,采用简单的两步法制备了介孔碳包覆的Ni O纳米粒子复合物。通过XRD、SEM、TG-DTA对产物进行了表征。结果表明,我们制备了介孔碳均匀包覆的Ni O纳米粒子复合物,产品的比表面积为240.25 m2?g-1,孔径集中在10 nm左右,Ni O纳米粒子粒径在8-10 nm。对材料进行的锂离子电化学性能测试。结果显示,在200 m A/g的恒电流密度下,首次放电容量为900.09 m Ah g-1,可逆容量为545.3 m Ah g-1,电极材料的循环性能良好。证明了微介孔碳包覆的Ni O纳米粒子,Li+的传输路径增多,有利于电极上Li+的嵌入和脱出,增强了材料的导电性,克服了金属氧化物作为电极材料的缺点。第5章,首次利用高分辨透射电镜原位加热反应技术,对以HKUST-1为前体制备Cu@C复合物的过程进行了实时观察。结果表明,以MOFs为模板或前体制备碳基金属纳米粒子复合物,随着热解温度的升高,金属纳米尺寸逐渐变大。精确控制温度是制备可控尺寸碳基金属纳米粒子复合物的关键环节。