金属空气电池、燃料电池等新型能量转换装置的工业化应用,可解决太阳能、风能等可再生能源分配不均匀、输出功率不稳定、输出持续性差的问题,保证能源输送均匀化、稳定化,极大地改变当前对化石能源消耗依赖过度的现状。氧还原反应（ORR）与析氧反应（OER）效率,是制约新型能量转换装置发展的关键,制备高效ORR、OER催化剂对推动能量转换装置发展、加速可再生能源使用意义重大。研究表明,以生物质为原料制备的碳材料,能够降低ORR、OER的能垒,提高金属空气电池以及燃料电池等设备的能量转换效率,值得深入研究。本论文以制备可用于高效电催化ORR和OER的可再生、低成本、高活性的生物质衍生碳材料为目标,开发苦楝子的材料化应用价值,具体工作如下:（1）利用氮原子对碳材料的电子性质的调控作用,在生物质碳结构中构建ORR催化活性位。以苦楝子为碳源,通过碳化、KOH活化、水热掺杂、高温煅烧等处理,得到苦楝子衍生氮掺杂碳材料（FNDC）。FNDC系列材料片状结构,活性评价表明以氯化铵为氮源掺杂的碳材料FNDC-M催化性能最佳。该材料表面积878 m²·g^–2,碱性条件下ORR半波电位为0.79 V,极限电流密度为5.5 m A·cm^–2。FNDC-M的活性位点化学结构稳定性强,经22 h计时电流测试性能衰减小,甲醇耐受性较强。（2）在生物质衍生碳材料结构中同时引入氮原子和磷原子,通过磷对氮的辅助作用精准调控结构内的电子性质,实现材料高效电催化活性。以不同试剂为氮、磷源,使用微波辅助水热法在苦楝子衍生碳材料中掺杂氮原子和磷原子（NPDC）。当氮、磷掺杂量比值为1.09时,材料NPDC具有最佳电催化性能。非晶态NPDC-1.09具有多级孔结构与丰富的边缘缺陷,碱性条件下,ORR半波电位0.84 V,材料催化稳定性和甲醇耐受性均优于20%Pt/C。同时NPDC-1.09OER催化性能良好,过电位430 m V。以NPDC-1.09为催化剂组装的锌空气电池可在10 m A·cm^–2的电流密度下充放电稳定运行84 h。综上,本研究为生物质衍生碳材料的制备提供了可供参考的思路,对于能量转换技术及新型储能设备的发展有着一定的推动作用。