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纳米碳材料因其优异的性能而展现出广阔的应用前景。然而,纳米碳材料的粉末形态使其在实际应用过程中遇到诸多问题。由纳米碳材料为结构单元组装具有三维宏观结构的整体材料是解决这些问题的有效手段之一,但目前纳米碳材料复合整体材料还存在制备工艺复杂、产品种类单一以及宏观结构难以控制等障碍,针对这些障碍本论文以泡沫炭为基体材料,利用催化剂原位担载耦合模板技术,调控炭化过程及化学气相沉积过程的工艺条件,实现了数种新型功能性纳米碳材料/泡沫炭复合材料的原位选控制备。主要研究结果如下：通过催化剂原位担载技术,在聚酰胺酸碳源中引入催化剂前驱体硝酸镍,以聚氨酯泡沫为模板,经过炭化制备了纳米碳空囊/泡沫炭(CNCs/CF)复合材料。得到的CNCs/CF复合材料保持了聚氨酯泡沫的开放孔泡结构。泡沫炭孔壁由直径为30-80 nm的高石墨化碳囊镶嵌于无定形碳中组成,碳囊约占碳材料的85wt.%,所得到的复合材料具有典型的中孔结构特征。利用所得泡沫炭孔壁表面析出的Ni颗粒为催化剂,经化学气相沉积过程,制备出纳米碳纤维/泡沫炭(CNFs/CF)复合材料。泡沫炭表面覆盖直径为50-100nm的CNFs,其长度可达几十微米。将得到的块状CNFs/CF复合材料做为催化剂应用于乙苯氧化脱氢反应中,乙苯转化率达到26%,苯乙烯的选择性达到73%,其催化性能优于研磨后的CNFs/CF粉末以及CNFs粉末,证实泡沫炭宏观结构可显著提高纳米碳材料的催化性能。基于催化剂原位担载技术,以煤液化残渣为碳源,分别利用超临界发泡法和模板法制得了泡沫炭,并利用其自身丰富的铁物种做为催化剂,以乙烯为碳源经化学气相沉积法制备了CNFs/CF复合材料。通过改变CNFs/CF制备工艺中炭化气氛和化学气相沉积气氛等参数,得到了纳米碳带/泡沫炭(CBs/CF)复合材料。得到的泡沫炭表面覆盖了厚度超过50μm的CBs。CBs为由低石墨化CNFs沿其长轴方向以一定的取向单层排列自组装而成的长数百微米,宽十几微米,厚几十纳米的二维纳米炭材料。形成CBs的CNFs靠相互之间交联的节点连接而成,并在CBs表面形成中孔。CBs/CF复合材料为典型中孔材料。研究表明,高Ni添加量,氢气炭化气氛以及高硫含量化学气相沉积气氛是导致CBs形成的主要因素。分别用硬模板法和软模板法合成具有分级结构的有序中孔炭/CF材料。将沸石与泡沫炭相结合得到沸石／泡沫炭复合材料,结果表明,沸石均匀担载于泡沫炭孔壁表面并保持了原有性质结构不变。