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多孔碳材料因自身所具备的高比表面积、耐酸碱性能、孔径和结构可控、表面易修饰以及优良导电性等特点,在锂离子电池、超级电容器、催化和气体吸附等领域展示出了巨大的应用前景,同时成为了广大科研工作者的关注焦点。研究发现,多孔碳材料的比表面积、孔道结构、微观形貌以及杂原子的掺杂对其应用性能都具有较大的影响。而目前多孔碳材料的合成还存在着诸如成本高、产率低、制备过程复杂、有污染等问题的困扰,这些不足都严重阻碍了多孔碳材料的应用。因此,本文工作重点是发展不同的合成方法,通过控制合成条件,旨在得到高比表面积、结构和形貌符合应用所需、价格低廉的多孔碳材料。在本文中,我们通过软模板自组装法,氧化模板组装法、水热辅助合成法和KOH活化法,以酚醛树脂、聚吡咯、聚苯胺以及生物质材料为碳源,制备出了一系列具有特殊形貌和结构的多孔碳材料,并且针对性的研究了其在CO2捕获和分离、锂离子电池,超级电容器和反应催化方面的应用性能。1.以酚醛树脂为碳源,通过软模板自组装法,在表面活性剂F127和结构导向剂水合肼（同时也是氮源）作用下制备出微米花状结构的聚合物前驱体。经过碳化和进一步的KOH活化,得到一系列氮掺杂、高比表面积、花状微结构的分级多孔碳材料。该多孔碳用作锂离子电池的负极材料和CO2捕获分离的吸附剂均具有优异的性能。其中,样品A-NCF-4的比表面积高达2309 m2 g-1,总孔体积为1.03 m3 g-1,微孔尺寸小于1 nm。作为锂离子电池负极材料,在0.3 A g-1电流密度下,循环100次后,可逆比容量仍稳定在807 m Ah g-1。作为CO2吸附剂,在0℃,常压1 bar和高压20 bar条件下,分别展示出高达6.52 mmol g-1和19.42 mmol g-1的吸附比容量。同时,通过亨利定律,由吸附曲线起始斜率计算CO2/N2的吸附选择性为10.95。2.利用环境友好的吡咯单体,通过氧化模板法在0-3℃下制备出纳米纤维网状聚吡咯前驱体。再经过碳化-KOH活化一步过程,制备出一系列氮掺杂、高比表面积的多孔碳纳米纤维网。这一系列碳材料展示了优异的CO2捕获性能和催化性能。其中,样品CNFWs-600-2在0℃和25℃（1 bar）条件下,CO2吸附量分别高达6.44 mmol g-1和4.42 mmol g-1,同时该样品也表现出了良好的CO2/N2的选择性。此外,CNFWs-600-2催化CO2和环氧溴丙烷、环氧氯丙烷的环加成反应,制备溴丙烯碳酸酯和氯丙烯碳酸酯的产率则分别高达95%和86%。3.以廉价的苯胺为碳源,在冰浴（0-3℃）条件下,通过氧化模板自组装法制备出纳米纤维聚苯胺前驱体,再经过热退火、碳化和进一步的KOH活化过程,最终得到一系列氮掺杂分级多孔碳纳米纤维。所制备的多孔碳材料因具有独特的分级交联结构,为CO2分子和锂离子提供了便捷的传输途径和大量的存储空间。样品CNFs-2在1 bar压力,0℃和25℃下,CO2的吸附比容量分别为5.68 mmol g-1和4.01 mmol g-1。通过理想溶液吸附理论（IAST）得到了CNFs-2对CO2和N2混合气体（V（N2）:V（CO2）=85:15）的吸附选择性曲线。样品CNFs-4作为锂离子电池负极材料,在100 mA g-1电流密度下,循环100次后,比容量仍可高达1445 m Ah g-1。4.通过一个简单且可控的碱性溶液水热预处理和进一步的碳化过程,成功地将废弃山竹壳转化为具有高比表面积的三维多孔碳材料。所制备的这一系列多孔碳材料,作为CO2吸附剂显示出优异的吸附能力;作为超级电容器的电极材料也展示了理想的电容性能。样品3D-HP-CFW-11-18在0℃和1 bar压力下,CO2的吸附容量高达6.93mmol g-1;三电极体系,6 M KOH电解液中,1 A g-1电流密度下的比电容可达到240 F g-1。通过此项实验为生物质材料制备多孔碳材料提供了有效参考。