在能源储存与转化领域中,锂硫电池、燃料电池等新能源技术受限于硫正极或氧还原反应中的种种问题而不能大规模应用,需要寻找新型的多功能材料加以改善。碳纳米材料因其优良的电学与化学性能而备受关注,但原始的碳纳米材料本身缺乏催化或吸附等性能,难以在电池领域获得广泛应用。一种有效的解决方法便是与金属化合物复合,可以赋予碳纳米材料更多的电化学特性。然而,金属化合物种类繁多,且复合碳纳米材料的制备过程又十分繁琐,如何利用简便的制备方法获得形貌与性能优异的碳纳米复合材料,是这项研究工作中的一大挑战。本论文旨在通过简易的实验方法制备出负载有金属化合物的碳纳米复合材料,具体研究工作如下:(1)以三聚氰胺与硫酸钛为前驱体,通过一步煅烧法制备出了Ti-N-C材料,并将其应用于锂硫电池正极载体材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS等表征手段对Ti-N-C材料的形貌、结构及组成进行了详细分析,发现Ti-N-C材料呈超薄碳纳米片状,且其表面附着有大量的以量子点形式存在的TiN颗粒。以Ti-N-C材料作为硫载体用于锂硫电池正极,结果表明Ti-N-C材料拥有十分优异的催化能力,能够加速电池反应中间产物多硫化锂的转化,极大地提升了电池的循环与倍率性能,是一种具有很大潜力的新型硫载体材料。(2)以三聚氰胺、硫酸钛、硫酸铁为前驱体,煅烧后用硫酸对材料进行酸洗,制备出了Fe/Ti-N-C材料,并将其用作氧还原反应的催化材料。通过SEM、TEM、XRD、XPS等手段对Fe/Ti-N-C材料的形貌、结构及组成进行了分析,发现Fe/Ti-N-C材料呈竹节式的碳纳米管状,而且其管壁上附着有大量的以量子点形式存在的TiN颗粒。此外,对材料的氧还原催化性能进行了研究,结果表明Fe/Ti-N-C材料具有略优于Pt/C材料的氧还原催化性能,而且其循环性能与抗甲醇中毒能力都十分良好,是一种很有前景的非铂氧还原催化剂。(3)以硫脲、硝酸钴、硼酸与聚乙二醇2000为前驱体,通过一步煅烧法制备出了Co-SNBCNT材料。采用SEM、XRD、XPS等对Co-SNBCNT材料的形貌、结构与组成进行了分析,发现Co-SNBCNT材料呈透明且空心的碳纳米管状。研究了Co-SNBCNT材料的氧还原催化性能,发现其催化性能与Pt/C材料相当,而且循环性能与抗甲醇中毒能力均比Pt/C材料优秀,具有较好的研究价值。