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传统的化石能源如石油、天然气和煤炭由于具有不可再生、能源转化率低以及对环境污染严重等缺点。能量转化和能量存储技术是目前研究以及应用比较多的两大清洁能源技术，它们以燃料电池和锂离子电池作为代表。这两大技术的关键就是其电极材料的选择与制备。新型碳材料中的生物质碳材料由于能源来源广泛、成本低廉、特殊的孔结构以及电化学性能优越，因而在电化学领域备受关注。因此，本文以提高燃料电池技术和锂离子电池技术为目的，研究了三种生物质碳材料以及其掺杂后的复合材料在燃料电池阴极氧还原反应（ORR）电催化材料和锂离子电池负极材料中的应用。并对生物质碳材料的形貌、结构和电化学性能进行了较为系统的表征。主要的研究内容及得到的结果如下： （1）以广泛分布在自然界中、价格低廉的纳米微晶纤维素为碳前驱体，以FeCl2·4H2O和氨气分别作为铁源和氮源，采用高温煅烧方法制备了氮掺杂的石墨化碳材料。制备的材料用作碱性燃料电池阴极氧还原催化剂材料，该催化剂具有优异的起始电位。优异的电化学性能和NH3掺杂的氮以及碳材料结构有关。 （2）使用陆地、海洋分布比较广泛的微藻作为生物质碳源，在高温下用FeCl2·4H2O作为催化剂使其石墨化，当在NH3中发生热解时，氮被掺杂到石墨化碳中。最后得到含有Fe3C颗粒的氮掺杂的石墨化碳材料（NMGC）。Fe3C和N的共同作用，使NMGC碳材料在燃料电池阴极氧还原ORR上发生的是四电子途径，同时NMGC的半波电位（0.864V vs.RHE）与Pt/C（0.832V vs.RHE）相比大大增加，且其稳定性比Pt/C催化剂好。 （3）利用湖泊、池塘分布比较广泛的浮萍作为生物质碳材料，将新鲜的浮萍浸泡在含有一定质量的尿素和FeCl2·4H2O的溶液中，让浮萍充分地吸收Fe和N，通过高温热解的方法制备了含有铁氮掺杂的浮萍碳（LMC-4），该材料用作碱性溶液中ORR的催化剂。经过铁掺杂的浮萍碳材料显示较明显的石墨化程度，层与层之间的间距d为0.34nm。氮掺杂后的浮萍碳材料，因为N元素使得碳基催化剂的电荷分布不均匀,増加催化剂的电子转移性能。LMC-4的起始电位（0.906V vs.RHE）远远高于单独浮萍碳材料（0.725V vs.RHE）。该催化剂是一种很好的ORR非贵金属催化剂。 （4）将新鲜的浮萍充分吸收Fe和P元素之后，将其在高温进行煅烧制备了含有Fe2P颗粒的石墨化碳材料即Fe2P/C复合材料（LMCC）。该碳材料作为锂离子电池负极材料，Fe2P的形成使得浮萍碳的循环稳定性和倍率性能以及比容量得到了提高。在电流密度为0.1A/g下经过200次循环之后复合材料显示850mAh/g的高比容量。该材料是一种很好的锂离子电池负极材料。