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碳的存在形式根据杂化方式可以分为（i）金刚石、石墨及卡拜等整数碳键杂化同素异形体（ii）过渡碳形式,如（a）无定形碳,玻璃态碳及大量假设的结构（b）富勒烯、纳米管等非整数碳键spn杂化的结构。碳材料的制备方法通常有直接碳化法、卤素侵蚀法、超临界侵蚀法、气相沉积法（物理气相沉积（PVD）化学气相沉积（CVD））、模板法（软模板、硬模板）、催化活化碳化（物理活化、化学活化）、水热碳化法及电弧放电法等。其中,直接碳化法作为一种简单、低成本的制备方法,是在生产实践中最为常见的制备碳材料的方式。根据不同的碳所拥有不同的性质,碳材料的应用领域包括吸附剂、催化剂及支持物、材料增强剂、磨料、润滑剂、导电材料（导体、半导体导电材料或绝缘材料）、电极材料等。尤其是多孔碳和碳纳米管在电学和气体储存方面的应用越来越引起关注。本论文涉及针对不同的碳前驱体,通过直接碳化法制备多孔碳和碳纳米管阵列,并研究其性能。即在第二章、第三章中采用直接碳化法制备了乌拉草基多孔碳材料及第四章制备了纳米管阵列。在第一章中,简要介绍了碳材料发展的历史、制备方法及应用。在第二章、第三章中阐述了以天然生物质乌拉草为原料,通过在惰性气体保护下直接高温热解制备孔径分布范围窄的微孔碳材料的方法,并针对材料本身性能进行XRD、SEM、TEM、XPS、拉曼光谱、低压气体吸附、电化学测试等性质的研究及对材料与客体分子的关系的高压储气测试的表征,并对反应机理进行推测。测试的结果表明得到的多孔碳材料的电化学性质(电容值113 Fg-1)略强于商业活性碳(电容值90 Fg-1),同时也高于作为对比的其他生物质前驱体制备的碳材料,经过4000圈的循环稳定性测试,比电容值仅降低了8 Fg-1,比电容和稳定性都表现出作为电化学电容器的电极的潜力。而材料对甲烷气体的高压吸附,处于目前已知储气材料的前列（17 wt.%,35 bar,r.t.）,根据Matranga的理想狭缝模型,材料的孔径尺寸分布与甲烷储存的理想尺寸可以很好的匹配,有潜力作为吸附剂应用于ANG（吸附天然气）方法甲烷储存。在第四章中阐述了碳纳米管阵列的制备。首先以不锈钢片作为基底,以晶种法生长高质量连续、透明、高度c轴定向的Al PO4-5分子筛膜,以此定向分子筛膜为模板,以分子筛膜制备过程中封在分子筛晶体中的模板剂作为碳源,通过真空热解,制备出定向的单壁碳纳米管阵列,纳米管直径0.4 nm,阵列为直径最小的碳纳米管阵列。第五章作为全文的总结,同时展望了未来的研究方向。