核苷分子由于自身具有丰富的氢键受体与供体作用点,是构筑新型超分子自组装体的重要前驱物。水热碳化法是指以来源广泛、价格低廉的生物质为前驱体,在一定温度（160-220 oC）与压力下合成炭材料的绿色合成方法。但由于水热反应进程难以控制,如何以绿色又简单的方法调控生物质炭的微观结构和形貌,并将杂原子及丰富的孔结构引入到水热炭材料中仍存在挑战。利用核苷分子尤其是鸟苷在溶液中的超分子作用,有望在分子尺度上对水热炭材料的结构和形貌进行精准调控。本论文将发挥生物分子的特性,运用水热法将生物核苷分子转化为高比表面积、多级孔结构以及杂原子掺杂的具有特定形貌功能炭材料,系统研究核苷分子基元的物理化学性质（如亲疏水、溶解性和氢键等）对于宏观性能的影响规律及其调控机理,探索以催化功能为导向的高效纳米碳催化剂的定向设计和宏量制备方法。论文具体内容如下:（1）选择鸟苷、腺苷和肌苷作为碳源和氮源,硫酸为催化剂,在180 oC水热条件下,制备得到了三种不同粒径的水热炭材料,并分析了结构类似的三种分子合成得到的水热炭材料的异同,研究了其水热炭的形成机理;在N2氛围下高温热解后,得到比表面积高达1700 m~2·g-1左右的氮掺杂多孔炭球材料;发现以鸟苷分子为前驱体合成的多孔球状碳颗粒尺寸最小、含氮量最高且ORR性能最优。（2）利用鸟苷分子的结构特性,通过改变水热碳化的条件来调控反应速率,实现由无序块状材料变为有序一维棒状材料再到微米级球状材料的可控制备。我们系统研究了一维棒状材料的形成过程,发现其结构是由外壳炭包裹了反应过程中鸟苷所分解的鸟嘌呤部分组成。有趣的是,通过一步热解,提高外层炭质的石墨化程度的同时,促使鸟嘌呤碳化为超薄片状,形成了中空管状中填入二维纳米片的“微反应器”结构。这种特殊的结构使材料在乙苯氧化脱氢反应表现出不俗性能,优于已报道的其他非金属催化剂。（3）进一步通过鸟苷与阳离子之间稳定的相互作用得到宏观上有序堆叠的二维纳米片。利用鸟苷与阳离子可以产生稳定的四聚体,选择K+、Na+、NH4+三种阳离子分别和鸟苷一起进行水热反应,得到沿着相同方向生长的平面紧密堆积的纳米片状材料。进一步碳化后,得到了生长方向一致、相邻片层之间有一定距离的二维炭纳米片,其中,K+参与得到的二维炭纳米片的结构最整齐。该二维炭纳米片负载0.5 wt%的贵金属Rh后表现出了优异的HER性能。