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多孔碳以其来源丰富、比表面积高、孔隙结构可控及高化学稳定性等优异的性能而倍受电化学领域的关注。本文以生物基材料来调控杂原子（S、N、O以及镍钴等）掺杂多孔碳的结构构筑和表面性质研究为主线,在没有传统物理及化学活化等方法的前提下,分别采用原位模板法、静电纺丝和聚离子液体负载镍钴直接碳化等方法,制备了具有不同结构特性和表面性能的原位杂原子掺杂多孔碳,并系统研究了原位杂原子掺杂碳材料的比表面积、孔径分布以及表面性质对超级电容器及燃料电池中氧还原反应（ORR）的影响。具体研究内容如下:（1）通过一步法合成制备1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐与木质素磺酸钠前驱体,在不添加任何传统活化剂或模板的情况下,经碳化反应得到具有多孔结构的氮掺杂碳材料。同时合成产物中的无机盐作为自模板活化剂,制备的碳材料的比表面积从5 m2g-1提高到509 m2g-1。氮含量最高为4.68 wt%。在二电极体系下使用6 M KOH水溶液电解质对超级电容器电极材料的性能进行了测试。电流密度为0.1 A g-1时,碳材料的质量比电容最高达到230 F g-1。同时具有7.99 W h kg-1的能量密度和25 W kg-1的功率密度,在2 A g-1的电流密度下,2万次循环后电容量保持90.3%的优异循环稳定性。（2）通过新型有机电解质溶解玉米秸秆,以功能糖化后残余的木质素和酶解木质素作为原料,并利用静电纺丝技术制备木质素与聚丙烯腈（PAN）复合纳米纤维,静电纺丝技术可直接制备多孔纳米纤维,因此无需任何活化剂或模板,可直接进行碳化得到多孔碳纤维材料。经过高温热解后对碳材料进行比表面积、微观形貌、氮氧含量等结构表征分析木质素对碳纤维的影响。作为超级电容器电极材料进行应用研究。在电流密度为0.1A/g时,ECNFs-PAN-L的容量为151 F/g,大电流放电时的容量保留率高于ECNFs-PAN（67.12%>44.91%）,表现出良好的电化学性能。（3）利用木质素磺酸基离子液体为前驱体,负载双金属Co、Ni,经高温热解后制备得到Ni O/Co O/Ni Co2O4氧化物掺杂生物基碳材料,作为氧还原催化剂评价电催化活性。探究碳化过程中氧化条件对催化活性的影响,氧化后的碳材料极限电流密度的绝对值(2.08 m A cm-2)明显高于未氧化的(1.38 m A cm-2)。与非金属前驱体体系制备的碳材料相比,具有Ni Co2O4结构的碳材料的电子转移数从2.51增加到3.8,过渡金属的存在将中间产物较多的2电子反应转化为接近4电子反应,大大降低氧还原中的副反应。另外,不同有机碱结构的离子液体前驱体系制备碳材料对金属负载有一定的影响,从而影响碳材料的催化活性。