超级电容器与燃料电池等在先进、高效与绿色能量储存与转化方面起到了重要的作用。这些设备的效率依赖于高性能电极材料的发展。多级孔碳材料具有良好的三维孔体系,可以显著地减少质量传递与扩散阻力,其高比表面积可以提供大量活性位点,是一类具有前景的电极材料。本论文围绕多级孔碳材料的结构设计与合成以及N掺杂与石墨化等方面,展开了研究,并探讨了这些材料在超级电容器以及电催化氧还原方面的应用潜能。主要内容如下:论文的第二章,我们从碳材料的孔结构、孔墙厚度与表面组成出发,提出了构筑三维有序大孔超薄碳骨架、且骨架富含微孔与介孔的研究思路。我们以有序二氧化硅纳米球阵列作为硬模板,采用原位掺氮法,以组氨酸作碳氮前驱体,通过一种简单有效的表面涂层硬模板法,成功地合成了具有超薄石墨碳墙的多级孔碳N-IOCs材料。该类材料比表面积为529～1365 m2 g-1,孔体积为0.35～1.06 cm3 g-1,氮含量为3.79～14.72 wt.%。在碱性电解质中,材料展现出优异的ORR催化性能,其初始电位和半波电位分别为0.95 V和0.87 V,与商业Pt/C电催化剂的性能非常接近。在6M的KOH电解液中,电流密度为0.5A g-1时,材料的比电容高达222F g-1,并表现出了高的倍率性能和良好的循环稳定性。论文的第三章,我们考虑在材料中引入有序介孔,设计合成了一系列具有高掺N量与富含微孔的有序介孔碳材料。我们采用无溶剂研磨法,以有序介孔二氧化硅SBA-15为模板,不同的生物质氨基酸为碳氮源,直接研磨、加热并去除模板,得到的材料都具有有序的介孔形貌,高的比表面(712～1374 m2 g-1),均一的孔尺寸(4.5～10 nm),大的孔体积(1.10～2.21 cm3 g-1),以及高的含 N 量(5.83～9.2 wt.%)。在超级电容器的应用中,材料具有很好的性能,其中SBA-Gly-2.5-800,SBA-Glu-2-800 和 SBA-Asp-1-800 样品的电容量分别高达 298 F g-1,214 F g-1 和 210 F g-1,且都有70%以上的高倍率性能。论文的第四章,我们在第二章的基础上,引入了金属铁,合成具有高石墨化程度且富含微/介孔的有序大孔碳材料。采用硬模板法,以有序二氧化硅纳米球阵列作模板,组氨酸作碳氮前驱体,加入Fe前驱体作为石墨化催化剂和介孔造孔剂,成功合成了具有高石墨化程度的微孔-介孔-大孔多级孔碳材料,所得材料具有高的石墨化程度,高的比表面积(954～1665 m2 g-1),分布较宽的孔尺寸,分别为0.7～2.0 nm的微孔、2.0～6.0 nm的介孔以及400 nm的大孔,大的孔体积(1.78～2.68 cm3 g-1),以及适宜的N含量(2.0～11.9 wt.%)。其中N-IOC-Fe-20-900样品具有很好的性能,如比电容高达395 F g-1,良好的循环稳定性等。