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在化石燃料的快速消耗以及环境污染加剧的窘境下，发展高效、清洁、可再生的能源转化与储存技术成为时代的迫切需求。超级电容器、氢氧燃料电池以及金属-空气电池作为其中的典型代表，成为了科研研究的热点。研究者通过采用农林废弃物、生物质来制备多孔活性炭，提供了一种低成本、来源广泛和废弃资源利用的有效途径。 本论文选用柚子皮(Pomelo peel，PP)为碳源，KOH做活化剂提高材料比表面积，氮掺杂增加活性位点，金属(Fe/Co)在高温下催化作用提高炭材料石墨化程度，进一步提高炭材料的电化学性能。首先预处理后的柚子皮通过高温热解碳化制得柚子皮炭材料PC;经KOH活化热解，制得活性炭材料PAC，并探究了不同温度和不同活化剂比例制备的PAC的不同特征和电化学性能，选出最适的热解温度和活化比例制备更有效的炭材料;然后加入氨基葡萄糖氮源与三聚氰胺氮源制备的氮掺杂炭材料NPAC及其电容特性的研究;为了更加提高NPAC炭材料的功率特性，进一步研究了金属(Fe/Co)在高温下的催化作用，并探究材料的特性和电化学性能。 通过对四类炭材料（PC、PAC、NPAC和NPACmetal）研究对比，结合物理表征分析以及电化学性能的评价，选出了最优材料生物质基活性炭材料（称作NPACCo），NPACCo展现了优异的电容性能和良好的氧还原催化性能，这主要是得益于三个因素:(1)有效的N掺杂碳结构，高绝对含量的吡啶氮(1.7％)和石墨氮(2.5％)的协同作用;(2)短程有序的碳层结构和多孔结构共存;(3)比表面积高(2091m2g-1)，合适的多级孔结构分布(大量的微孔和小介孔，孔径≤5nm)。作为超级电容器炭材料，在0.5A g-1时其比电容高达350F g-1，且在大电流密度20A g-1时比电容仍然有271F g-1，是1Ag-1时比电容的83.4％。即使在极高电流密度50Ag-1充放电时，其电容值依然高达246F g-1，分别是PC、PAC、NPAC炭材料的6.3、1.9、3.2倍。由NPACCo组装的电容器拥有高的能量密度12.5Wh kg-1和功率密度250W kg-1，并且在极高的功率密度8200W kg-1时，仍有能量密度7.3Wh kg-1，以及优越的稳定性（经5000周期充放电比电容仍保持有96.5％）。 鉴于NPACCo的高比表面积、丰富的孔结构以及高的吡啶氮和石墨氮掺杂比，进一步探讨了电催化氧还原反应(ORR)的性能。在ORR测试中，NPACCo展现了高的起始电位(0.87V)和半波电位(0.78V)，以及四电子转移的ORR反应途径，这些性能可与Pt/C的ORR活性相媲美;同时拥有远远优于商业Pt/C抗甲醇性能。本文所制备的NPACCo是一种既可以作为高能量密度、高比功率的电容型炭材料，也可作为高ORR催化活性的炭材料，是电化学储能和转化应用的有前景的候选材料之一。