随着社会和科技发展日新月异,各式电子设备尤其是电动汽车飞速发展,对于高性能二次电池的需求愈加旺盛。目前应用最为广泛的二次储能体系是锂离子电池,但受限于储量较低的锂资源,因而迫切需要找到替代品。而钾元素具有地壳丰度高、开发方便、成本低廉等特点,因此钾离子电池是非常有应用潜力的新型二次电池。但由于钾离子半径大,扩散速率慢,因而制约钾离子电池发展的主要瓶颈是缺乏能实现K⁺可逆脱嵌的高性能电极材料,尤其是钾离子电池负极材料。然而钾离子在传统的石墨负极材料中脱嵌时会带来巨大的体积膨胀,导致石墨结构破碎,因而储钾容量低、倍率性能差,且循环寿命短。而多孔碳类材料由于具有丰富的活性位点、稳固的结构和较短的离子迁移通道,正是更为合适的钾离子电池负极材料。在本论文中,我们不仅以废旧腈纶毛线为原料,纳米锡颗粒为模板,通过静电纺丝技术制备了氮掺杂的多孔碳纳米纤维（NMCNFs）;而且以乙酰丙酮盐为碳源,通过自模板技术经高温碳化和酸洗处理制备了多孔石墨碳材料。其中NMCNFs具有高氮掺杂（7.98%）、内部互联的多级孔结构,可以提供丰富的活性位点、缩短内部离子扩散通道。氮掺杂的多孔碳纳米纤维在200 m A g^-1的电流密度下循环500圈后释放了351.1 m Ah g^-1的高比容量,在10 A g^-1的大电流密度下依旧具有134 m Ah g^-1的倍率表现。最值得一提的是其长周期循环性能,在2 A g^-1的电流密度下循环长达21000圈之久后还具有131.2m Ah g^-1的比容量,在1000圈后容量保持率为100%。此外对合成的多孔石墨碳（PHC-1-700）的储钾性能也进行了探究,在200 m A g^-1的电流密度下循环500圈保留了414 m Ah g^-1的超高比容量,当电流密度提升到5 A g^-1时,释放的容量也有149 m Ah g^-1,即使在1 A g^-1的大电流密度下循环2000圈后还保留了167 m Ah g^-1的比容量。为了进一步研究NMCNFs的储钾机理和动力学特性,我们对其进行了一系列的非原位表征。通过不同扫速下的CV曲线进行研究,确定了其为表面控制的赝电容与氧化还原相结合的混合储钾机理;通过计算不同圈数下的K⁺扩散系数和活化能大小,随循环圈数增加分别呈现递增和递减的趋势,确定了其具有自增加的动力学特性;而非原位测试结果表明K⁺在氮掺杂的多孔碳纳米纤维中脱嵌时可逆程度高。密度泛函理论计算结果发现吡啶氮、吡咯氮的掺杂及材料缺陷均可以有效的提高材料的储钾性能。