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燃料电池（fuel cell）、钠离子电池（sodium-ion batteries,SIBs）和超级电容器（supercapacitor）等能源装置对绿色可持续发展具有重要意义,研究这些能源装置的重点之一是开发高催化性能、高容量、高稳定性的催化剂和电极材料。异原子（如N、B、S、P）掺杂碳材料由于易制备、价格低廉以及各种化学性能稳定,在能源装置领域有广泛的应用。选择适当的异原子前驱体,如导电聚合物（conducting polymers,CPs）,能够很大程度地简化制备异原子掺杂碳材料的过程。此外,在此基础上引入环境友好及转换电位低的Mn O,可以进一步得到高效的电极材料。聚苯胺（PANI）作为C源和N源,不仅可以使碳材料结构中N掺杂位点分布均匀,也能够增加反应活性位点数量,因此,其被认为是合成N掺杂碳材料最合适的含N前驱体。此外,若将碳材料制备成一维纳米管状结构,不仅具有高的比表面积和热稳定性,而且能够通过在其管壁上引入异原子而得到更多的活性位点,二者可以为电子和Na+提供有效的传输路径。基于此,采用自降解模板法合成了含S的PANI纳米管,经过不同碳化条件处理,均可得到形貌稳定的S/N共掺杂碳纳米管（S/N-CT）。两步碳化得到的S/N-CT4-9（第一步400℃,第二步900℃碳化）具有比一步碳化得到的S/N-CT9（900℃碳化）材料更宽的（002）晶面间距和更高的比表面积,将其作为电催化剂催化氧还原反应（ORR）时,开路电压能够达到Eonset=1.01 V vs RHE,在碱性介质中,连续循环32000 s后,S/N-CT4-9电流密度能够保留为起始的93%,而商用Pt/C催化剂仅为起始的26%。S/N-CT4-9用作超级电容器电极材料时,连续充放电4000个循环后,电容值能保留为起始的93%,表现出良好的稳定性能。此外,S/N-CT4-9还是一种Na容性能优异的SIBs负极材料,当电流密度为0.1 A/g和5A/g时,其可逆放电容量分别能达到340 m Ah/g和146 m Ah/g。PANI纳米管衍生得到N掺杂碳纳米管（NDCT）不仅具有优异的电化学性能,也是一种导电性能良好的碳基质,以NDCT为载体、KMn O4为原料,采用水热合成并结合高温煅烧的方法制备了NDCT和Mn O的复合材料,其不仅能够解决Mn O导电性差和充放电过程中严重体积膨胀的问题,还能够利用NDCT和Mn O两者间的协同作用来提高复合材料的电化学性能。实验表明,700℃煅烧得到的NDCT@Mn O-7的比表面积最大,达243 m2/g,为电化学反应过程提供了更多的活性中心。在碱性介质中催化ORR时,NDCT@Mn O-7相比于商用Pt/C催化剂具有更好的稳定性能和抗甲醇性能,连续循环27000 s后,NDCT@Mn O-7的电流密度能够保留为起始的70%,而Pt/C催化剂仅为起始的36%。用作超级电容器电极材料,NDCT@Mn O-7在2 m V/s时的比电容值能达到476 F/g,且连续充放电4000个循环后,其电容值能保留为起始的82%。此外,用作SIBs负极材料,当电流密度为0.1 A/g和5 A/g时,NDCT@MnO-7的可逆放电容量分别能达到709 m Ah/g和292 m Ah/g。原位XRD和HRTEM测试结果表明,在放电过程中,Mn O与Na+发生半反应,得到2e-后转变为金属Mn和Na2O,而在充电过程中发生的为其逆反应。实验表明,PANI的衍生物——聚邻甲苯胺（POT）和聚邻甲氧基苯胺（POMA）也是一种良好的制备N掺杂碳材料的含N前驱体。采用水热合成法制备了POT和POMA球,经高温煅烧后可分别得到N掺杂碳微球（NCMSs）和N掺杂碳球（NCS）。研究表明,煅烧温度对NCMSs和NCS的形貌几乎没有影响,但对它们的比表面积和N元素的掺杂形式有很大的影响。NCMSs-900（煅烧温度为900℃）具有最高的比表面积（727.1 m2/g）和石墨N含量。对于NCS而言,NCS-800（煅烧温度为800℃）比表面积（352 m2/g）最大。在电催化ORR的过程中,相比于商用Pt/C催化剂,NCMSs-900和NCS-800表现出更好的稳定性和抗甲醇性能。用作超级电容器电极材料,NCMSs-900和NCS-800的比电容值分别为414 F/g和513 F/g,经3000个循环后,它们的电容值分别能达到起始电容值的93%和88%。综上,直接碳化PANI纳米管,通过改变碳化条件能够制备出电化学性能优异的S/N共掺杂碳纳米管,此外,PANI的衍生物（POT和POMA）也可作为制备N掺杂碳材料的含N前驱体。由PANI衍生得到的NDCT还可以作为导电性良好的碳基质,用来增强Mn O的导电性,避免它在充放电过程发生严重的体积膨胀,得到电化学性能良好的NDCT@MnO复合材料。