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超级电容器具有充放电速度快、功率密度高、循环寿命长等优点,具有较好的应用前景。作为超级电容器最常用的电极材料之一,多孔炭因其稳定的物理化学性能、高度发达的孔结构及原料来源的广泛性等,受到了极大的关注。我国生物质储量巨大、价格低廉,是制备多孔炭的理想前驱体。但生物质前驱体由于其种类繁多,在结构和组分上的差异较大,导致其制备产物的差异也较大。此外,电极材料较低的能量密度也是制约超级电容器广泛应用的条件之一。针对以上问题,本文基于前驱体的结构,对植物组织进行了分类优选,提出了制备层次多孔炭的植物前驱体筛选依据。并探索了制备方法对材料结构及电化学性能的影响,进一步完善了生物质基层次多孔炭的制备理论。在此基础上深入研究了基于层次多孔炭的同步结构氮掺杂的工艺方法和掺杂机理。以三种木质植物材料(松木、桐木、杉木)和海藻材料(马尾藻)作为前驱体,采用磷酸活化法制备了四种植物基多孔炭。分析了相同工艺条件下磷酸对不同材料的造孔特点并探究了其电化学性能。结果表明,磷酸活化适用于木质素、纤维素含量高的木质原料。海藻与陆生木质材料组分具有较大差别,其组分中含有极微量的纤维素且不含木质素。当使用磷酸作为活化剂时,部分低温条件下的反应无法进行,因此造孔效果较差。较低的活化温度和磷酸根的引入使多孔炭保留了一定的含磷官能团,赋予了材料一定的赝电容性能。三种木质材料经磷酸活化后已经具备与普通电容炭接近的电化学性能,但其比表面积和微孔欠发达,材料利用率低,因此可以通过一定手段对其孔结构和电化学性能进一步进行优化。基于四种由磷酸活化法制备的多孔炭进行了二次活化改性。分别采用FeCl3和KOH两种活化剂对材料进行了高温条件下的二次活化,探究了四种材料在不同浸渍比条件下的孔结构演化和电化学性能的演化趋势。研究表明,相较于KOH,FeCl3是一种更为温和的活化剂,二次活化后其产物的孔结构优化及电化学性能的提升不够明显。二次活化后材料比电容的提升与材料比表面积的提升并不存在明显的线性关系,但比电容提升效果较好的样品其内表面积在二次活化后有了明显的提升,说明除了发达的孔结构外,相互连通的孔道对材料的储能效果也是至关重要的。另外,在二次活化的过程中,高温和活化剂的刻蚀使材料的大部分官能团被破坏,赝电容性能被大大削弱。为了建立具有连通孔道的层次多孔结构,选取了富含薄壁组织和维管束的四种植物前驱体材料,以KOH为活化剂,采用炭化-高温活化的工艺手段,探究了不同浸渍比条件下四种材料孔结构和电化学性能的变化趋势,揭示了两种植物组织在制备过程中的演化机理。薄壁组织分散的细胞排列使前驱体材料具有一定的初始孔隙,其较低的结构强度使其在活化过程中更容易被破坏,从而形成少层石墨,有利于导电性的提高。维管束是高等植物天然的输运组织,具有一定的结构强度,在活化后其管束形貌仍能得以保留。在此基础上进行活化造孔能进一步赋予材料高度发达的孔道和孔隙,极大的发展了层次孔结构。研究同时引入了两步酸洗的工艺,有效降低了材料的电阻。为了进一步提高材料的能量密度,提出了在多孔炭骨架上进行结构氮掺杂的构想。为了克服常规表面掺杂工艺易引入过多官能团导致材料的循环性能较差的问题,采用KOH与三聚氰胺在高温下同步掺杂造孔的方式使氮原子深入碳体掺杂,探究了三聚氰胺掺混顺序及掺混比对材料的孔结构及电化学性能的影响。研究表明,三聚氰胺与KOH在造孔过程中具有一定的协同作用。三聚氰胺具有环状结构,其分子在脱氨基后具有与炭环相近的结构特性,易于与碳骨架结合并形成N-6或N-Q的结构,而这两种结构有利于储能性能的提升。生物质炭化产物含有较多对储能不利的N-5结构,在活化掺杂后这种结构的比例明显下降。炭化过程中碳骨架中的一些缺陷结构在高温下能与三聚氰胺脱除的氨基结合并转换成N-6结构。经同步掺杂活化处理后,产物的比电容得到了有效提升,在1A g-1的电流密度下比电容可达715 F g-1,在100 Ag-1的电流密度下仍能达到526 F g-1,并展现出较好的双电层特性。当输出的功率密度为200Wkg-1时,其能量密度可达118Whkg-1。其在5A g-1的电流密度下循环充放电5000次后,其电容保持率仍能达到98.28%,展现出了较好的循环稳定性。