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近年来,随着新能源材料的开发和应用,具有良好应用前景的下一代储能电池受到研究学者的青睐。其中,锂空气电池因其超高的理论能量密度及其在电动汽车中的应用潜力,在诸多体系中脱颖而出,钠离子电池也受益于金属钠的丰富来源而作为锂离子电池的后备发展起来。碳材料作为应用最为广泛的电极材料,具有比表面积高、电导率优异、电化学稳定性强等优点,如何更高效的利用碳材料,使其在下一代储能电池体系中达到最优性能,是本论文的研究重点所在。相关的研究结果如下:首先,以碳纳米管为载体,采用高温热解法进行了氮掺杂,简单的水热法进行了二氧化铱负载,构造出具有氧还原/氧析出双功能的掺氮碳纳米管负载二氧化铱碳基复合材料（Ir O2-N/CNTs）。利用了碳纳米管自身的结构优势,构造了更多的三相接触面积并充分发挥其双功能的作用。考察了其在锂空气电池中的性能,实验结果表明,0.1 A g-1的电流密度下可逆比容量高达6839 m Ah g-1,循环7个周期后,容量保持率仍然可达88.9%。此外,采用截止容量的方法研究了电池的循环稳定性,在200 m A g-1的电流密度下,电池在160个周期内稳定循环。接着,采用改进Hummer法制备了还原氧化石墨烯（r GO）,并对其进行氮掺杂,设计出具有三维褶皱结构的氮掺杂还原氧化石墨烯（3D-N/r GO）。尝试将其与沸石咪唑酯骨架结构材料（Zeolitic Imidazolate Frameworks,ZIFs）67结合,3D-N/r GO可以充分发挥其超高比表面积的优势,为三相反应界面提供更多接触面积,ZIF67可以支撑起催化剂的内部空间,形成一个立体的结构。同时,ZIF67制备工艺简单、成本低廉,且含有催化性能良好的钴元素。考察了该材料在锂空气电池中的性能,实验结果表明,改性后的r GO在0.1 A g-1的电流密度下,首圈放电比容量分别为8308.7 m Ah g-1,原位生长ZIF67后,放电比容量提高到12028 m Ah g-1。生物质衍生的碳材料因其来源广泛、结构多样化而受到研究学者们的广泛关注,本论文以松花粉为前驱体,利用其良好的形貌保持率,成功的制备出具有“蜂巢”结构的生物质衍生掺杂碳材料（Carbonized Pine Pollen,CPP）,并系统的研究了CPP作为负极材料在钠离子电池中的电化学性能。实验结果表明,在0.1 A g-1的电流密度下,首圈放电比容量为370.1 m Ah g-1,初始库仑效率达到59.8%,200次充放电后的可逆比容量仍然保持在203 m Ah g-1,展现出优异的稳定性。即使在5 A g-1的大电流下,也能达到87.3 m Ah g-1的可逆容量,优于其它生物质碳在钠离子电池中的性能,表现出良好的倍率性能。