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能源的快速消耗带来的能源危机以及伴随的环境污染引起了人们的广泛关注,清洁、环保的可再生能源存储与转化技术的研发迫在眉睫。在各种能源存储与转化技术中,超级电容器、燃料电池以及锂电池是非常有应有前景的三种能源存储与转化技术。虽然近年来它们的研究取得了很大进展,然而仍有许多问题急需解决,比如储能设备中电极材料导电性差、电极与电解液接触的部分易腐蚀等原因导致其能量密度低、稳定性差等问题。本工作充分考虑上述问题,以提高导电性和设计多孔网状结构为目的,设计和合成了新型功能结构的碳基纳米材料并研究其电化学性能与应用。1、设计了一种绿色且简单的方法即利用商用三聚氰胺海绵（CMS）导向的多组分表面自组装方法,以制备CoOx纳米颗粒和表面N共掺杂的碳气凝胶（Co-N-CAs）。该方法中,三聚氰胺海绵既作为氮源同时又是材料的三维基底。得到的Co-N-CAs是一种具有三维多级贯穿大孔和二级微孔（6.3nm和<4nm）、高比表面积(1383 m2 g-1)以及高分散半裸露的CoOx纳米颗粒的材料。基于此结构,样品Co-N-CAs表现出优秀的电催化氧还原（ORR）性能、高的比容量（433F g-1）以及良好的储能性（938mAh g-1）,在稳定性测试中,在循环10000次后,其半波电位仅负移19mV,表现出良好的稳定性。此外,利用同样的CMS诱导的多组分自组装方法又合成了氮掺杂的碳气凝胶（NCAs）,得到的NCAs材料具有较低的表观密度（0.01gcm-3）、大的开孔、高的比表面积(1626 m2 g-1)。NCAs同样显示出优良的电催化ORR性能和高的比容量（354 F g-1）。循环10000次后,比容量仍保持为初始值的85%,表现其稳定性强。2、报道了一种通用的“限制性分子凝胶”的方法构建了一种金属氧化物与N-C框架强相互作用的贯通结构材料“Co3O4-N-C”。通过简单的在琼脂糖水凝胶中螯合过渡金属离子与乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA）形成分子限制性凝胶,然后将其碳化则得到Co3O4-N-C,其具有高的比表面积（153m2g-1）和合适的氮含量（1.23%）。Co3O4-N-C具有良好的OER性能,在0.1MKOH电解液中,在电流密度为10mA cm 2时,其过电位仅为339mV,并且其稳定性非常好。此外,通过低温磷化Co304-N-C得到的Co2P-N-C表现出优秀的HER性能,在1.0M KOH电解液中,在电流密度为10mAcm-2时,其过电位仅为139mV,且其Tafel斜率仅为45mV dec-1,同样具有良好的稳定性。