超级电容器（supercapacitor）,是一种介于传统电池和电容器的储能设备。由于其拥有高于传统电池的功率密度和高于普通电容器的能量密度（10¹00倍）,极大的引发了人们的研究热情。其中,电极材料是获得循环稳定性好、功率密度和能量密度高的超级电容器的关键。碳材料因其良好的导电性、稳定性和低廉的价格,成为了电化学领域研究的重点。碳材料的多孔性和杂原子掺杂等是影响电化学性能的主要因素。其中,多孔结构能提供电解液离子快速传输的通道,杂原子能增强电极材料润湿性,并提供赝电容。因此,合理设计碳材料孔隙结构及杂原子含量,并将此类碳材料应用于超级电容器中,将有助于制备具有高比电容的超级电容器电极;本文主要通过筛选碳前驱体、杂原子掺杂剂和造孔剂以及优化碳化条件设计合成杂原子掺杂的多孔碳材料用作超级电容器电极,并在此基础上,拓展杂原子掺杂的多孔碳材料在氧气还原反应（ORR）中的应用。本论文主要内容如下:（1）以离子液体掺杂碱金属有机盐为前驱体,经碳化后制备杂原子掺杂多孔碳材料。其中,以碱金属有机盐（谷氨酸钠、酒石酸钠、柠檬酸钠）作为碳源,室温离子液体（1-丁基-3-甲基咪唑氯化盐和3-丁基-4-甲基噻唑溴化盐）作为杂原子掺杂剂。根据离子液体分子结构的可设计性,制备不同类型杂原子掺杂的多孔碳材料。由于离子液体和碱金属有机盐中的阴阳离子相互作用,在碳化过程中能一定程度的抑制离子液体分解从而增加碳产率。此外,通过改变离子液体与碱金属有机盐的摩尔比可以有效地调节碳材料的多孔性和杂原子含量。由碳材料制备的超级电容器电极,在电解液为6 M KOH溶液、1 A/g电流密度下,比电容为287 F/g,并表现出良好的循环稳定性。（2）以柠檬酸铁-氯化铵为前驱体,经碳化后制备杂原子掺杂多孔碳材料。柠檬酸铁提供碳源和铁源,氯化铵起到了造孔剂和氮掺杂剂双重作用。此外,Fe₃C纳米粒子能在碳化过程中形成并被包埋在碳层中,提供电化学活性。碳材料的多孔结构和氮原子掺杂对其在ORR和超级电容器中的应用都起了关键作用。利用NH₄Cl制得的非贵金属催化剂较常规造孔剂（KOH和NaCl）的使用,展现了优异的ORR活性。此外,当用于超级电容器时,制备的超级电容器电极展现了良好的电化学性能。