生物质具有来源广泛及可再生的优点,将其制备成为碳材料可用于超级电容器,电池及催化领域。甲壳素是自然界唯一大量存在的含氮化合物,其制备的氮参杂碳材料在超级电容器应用方面具有广阔的前景。直接碳化甲壳素会导致碳材料的比表面积有限,孔结构单一及氮含量不高的问题。本论文以改变碳电极前驱体——甲壳素的形态入手,制备了分散性较好的甲壳素纳米水凝胶,并以此纳米凝胶为基础制备了氮掺杂的多孔碳纳米材料。进一步通过引入氮源和活化剂,制备了性能优异的超级电容器电极材料,并研究了其电化学性能。本文为利用甲壳素制备氮掺杂的多孔碳材料提供了新的思路和方法。主要研究内容如下:1)通过高速机械搅拌NaOH/尿素体系溶解的甲壳素溶液,“自下而上”构建了甲壳素纳米水凝胶,冷冻干燥后得到甲壳素纳米气凝胶。在800~900℃、氩气气氛中直接碳化制得氮掺杂微孔碳纳米粒子。采用SEM、TEM、BET、XRD、XPS等技术对其微观形貌、孔隙度、晶相结构、元素组成等进行表征,并研究了不同温度下制备的氮掺杂微孔碳纳米粒子的电化学性能。结果表明:在800℃下灼烧的碳材料(CNC-800)具有较优的性能。在0.5 A/g的电流密度下,两电极水相体系(1 M H2SO4)的比电容为185 F/g,有机体系(1 M TEABF4-AN)的比电容为108 F/g。组装的电容器具有较高的能量密度(23.4 Wh/kg)以及良好的循环稳定性(充放电循环10000次后电容保持率95%)。2)以甲壳素纳米凝胶体系中的尿素为氮源,氢氧化钠为活化剂,采用碳化-活化一步法制备了更高比表面积和氮掺杂的分级微孔/介孔活性碳,并进行相关表征和电化学测试,讨论了活化和额外氮掺杂对材料电容性能的积极影响。结果表明:氢氧化钠活化和尿素掺杂有效提高了碳材料(ACNC-800)的比表面积(2631 m~2/g)、孔隙度以及氮含量(7.1%),改善了其电化学性能。在0.5 A/g的电流密度下,三电极体系比电容达245F/g;两电极水相体系(1 M H2SO4)的比电容为227 F/g,有机体系(1 M TEABF4-AN)的比电容为136 F/g。组装的电容器具有较高的能量密度(29.4 Wh/kg)以及良好的循环稳定性(充放电循环10000次后电容保持率98%)。