磷腈材料是一类以氮原子和磷原子交替为主链结构,侧链可通过亲核取代反应进行调节的一类有机-无机高分子。其高氮、磷含量有利于原位制备杂原子掺杂的碳材料,且热解气脱除过程中可原位形成气孔以制备具有互穿孔道结构的多孔碳材料。杂原子掺杂的微/介孔碳材料以其优异的电化学性能在超级电容器及电催化领域已有广泛应用,但是高分子聚合物前驱体在碳化过程中,会发生分子链的自由运动并聚集而使最终产物多为少孔的碳块,因此,论文着手于应用不同的化学原理,制备聚磷腈基多孔碳材料。因聚磷腈特有的化学活性,可以根据需要制备含有不同功能取代基的聚合物,论文中,选用了苯基含量较高的苯氧基聚磷腈(PDPP),可发生自聚合反应的丁香酚氧基环磷腈(6ECP)和具有化学交联点的对乙基苯氧基和苯氧基混合取代的芳氧基聚磷腈弹性体(PDAP)为前驱体,通过不同的化学机理,制备了不同结构和性能的多孔碳材料,并研究了其在电化学领域的应用。1、以PDPP为前驱体,利用传统的碳化和活化原理,制备了制备了新型的杂原子掺杂多孔碳材料,通过重点研究800 ℃碳化及活化前后碳材料表面形貌及元素对比可知,活化过程使块状碳材料的表面产生了大量的孔结构,尽管杂原子的含量也被大大降低,但仍有1.22%的N1s和3.42%的P2p3被保留,从而原位制备了杂原子掺杂的多孔碳材料,而且活化后其比表面积大大增加,可达1798 m2 g-1。因低温利于杂原子的掺杂,而高温利于碳材料的石墨化。在6MKOH水系电解液中,从电容器性能比较可知,对于800 ℃碳化并于800 ℃活化的800AC电极材料制备的超级电容器,双电层电容及赝电容并存,其具有相对较高的比电容量和倍率性能,当电流密度为0.3 Ag-1时,其比电容可达105 Fg-1,而且表现出良好的循环稳定性。2、以6ECP为前驱体,利用其侧基上的双键发生ENE自聚合反应机理,制备了杂原子掺杂的介孔碳材料,研究了碳化体系中氢气的作用、升温碳化速率、碳化温度、制孔剂含量等因素对水系电容器及氧还原性能的影响,并探索了介孔碳电极材料在离子液体电解液中的性能。通过SEM、XRD、Raman、XPS及BET等分析手段,对其成碳机理进行了详细的研究。在热处理过程中,6ECP单体发生ENE自聚合反应生成具有高度交联结构的P6ECP,使材料在碳化过程中,能有效阻止其熔融、收缩、塌陷成致密且无孔的形态。在H2/Ar混合气氛中移动样品至预设的1000℃高温环境下并碳化2 h制备的介孔材料MC-m-1000H的BET比表面积可达717.3 m2g-1。在6 MKOH水溶液中,展示了双电层电容器的快速充放电过程,同时杂原子的存在,使其也体现了赝电容的特性。分布于介孔结构之间的可供离子快速扩散和转移的互穿孔道,也为离子液体电解质中尺寸较大的离子和电子提供了扩散转移通道,当功率密度为738 W kg-1时,[BMIM]BF4电解质中的对称超级电容器的能量密度可达到26.6 W h kg-1。3、以PDAP为前驱体,利用化学交联的原理,制备了具有多级孔径分布的碳材料。PDAP弹性体前驱体,在加热情况下,可与过氧化物发生化学交联反应,交联点的形成在一定程度上阻止了聚合物高分子链段在高温环境中的运动,可有效防止其在碳化过程中形成致密碳块的趋势。填充Si02的交联PDAP前驱体体系制备的碳材料比表面积仅为404.1 m2 g-1,但由于其优异的多级孔径分布特性,为离子的快速传输和转移提供了通道。作为超级电容器的电极材料,其对称的循环伏安和恒电流充放电曲线表明了其完美的双电层电容特性。在碱性环境中,通过二电子途径氧还原催化制备 H202,产率在 120 min(-0.7 V vs SCE)时 H202 产率可达到 159 mg L-1,在30 min时-0.5 V vs SCE电位的电流效率可达78%。4、通过乳液法制备了 PDPP微球,并对其碳化性能进行了初步探索。为了保持其微球形貌,探索制备了 PDPP@Ag复合微球,以期以金属壳层为力学支撑,制备贵金属与碳的复合材料,并将其与聚酰亚胺@银(PI@Ag)复合微球的结构和形貌进行了对比分析。高柔性的聚磷腈高分子链段容易对银纳米粒子的运动进行限制和束缚,银粒子多呈现分散状态,无法提供预期的力学支撑作用;而高刚性的PI高分子链段对初生态银纳米粒子的束缚力较小,利于银纳米粒子的迁移和聚集效应,形成了连续的银层。鉴于PI本身也含丰富的氮元素,因此,拓展了其与其他金属、金属氧化物及硫化物的复合制备,以期获得杂原子掺杂碳材料与过渡金属的无机物的复合材料在能源领域更广阔的应用。