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木质素是一种固体废物,在秸秆、蔗渣中都有大量存在。然而目前大部分的木质素主要被用作生产一些低附加值产品应用在燃料、水泥等行业,高质化利用相对匮乏；或是随意燃烧、排放,造成这一巨大生物质资源浪费,也引起严重的环境污染。纳米碳纤维具有独特的孔隙结构、表面积大、导电性高、稳定性好等优点,在储氢材料和锂离子电池等能源领域均获得了应用。目前碳纤维大部分是以PAN为原料,采用湿法或熔融纺丝技术制得。但由这些方法制备的碳纤维直径大、孔径分布不均匀,储能容量相对较低,这限制其进一步推广应用。本研究以木质素磺酸钠(LN)与聚丙烯腈(PAN)为原料,通过静电纺丝、预氧化、碳化技术,制备了一系列具有特殊孔径结构和性能的纳米碳纤维及复合材料。主要研究内容包括：1)以LN和PAN为原料,DMF为溶剂,通过静电纺丝、预氧化及碳化处理,得到直径约为240 nm、比表面积为218.9m2/g、微孔容(小于1 nm)为0.0851 cm3/g的复合LN/PAN基碳纤维,该碳纤维在25℃、95 bar的条件下对氢气的吸附量为0.69 Wt%；2)采用Ni-B元素对复合LN/PAN基碳纤维进行催化石墨化处理,发现Ni、B元素具有显著的协同催化石墨化作用,当催化剂量为20%Ni-5%B时,复合LN/PAN基碳纤维的R (ID/IG)为0.55,石墨化效果最好；在室温、95 bar下,其吸氢质量分数达到0.92 wt%,说明提高石墨化程度可有效提高碳纤维的储氢容量。3)通过水溶刻蚀法,获得多孔性电纺复合LN/PAN基纤维,经预氧化、碳化及活化处理,获得具有特殊介孔结构的碳纤维。并以此制备的介孔碳纤维为基体,与GeCl4通过水热反应,获得具有链珠状结构的锗-介孔碳纤维(Ge-MCF)复合材料。由于MCF对其所负载的锗粒子的生长有一定的限域作用,可有效避免锗粒子的团聚,该Ge-MCF复合材料在200 mA g-1电流密度下的初次放电比容量为1444 mAh g-1,充放电循环50次后,可逆比容量稳定在700 mAh g-1。在大电流1 A g-1下循环500次以上,比容量仍高达389 mAh g-1,高于商用的理论比容量372 mAh g-1。 Ge-MCF复合材料显示出优异的电化学性能和良好的循环稳定性,有望成为锂离子电池理想的负极材料。