随着社会发展、科技进步,资源危机问题日益显著,为了响应可持续发展战略,寻找理想的资源和能源替代传统化石燃料迫在眉睫。生物质作为一种可再生资源,对其进行有效的开发利用不仅能够改善生态、缓解资源短缺问题,还能够促进能源革新,创造新的经济增长点。生物质作为可再生的能源和资源其应用非常广泛,尤其在材料方面,一方面由生物质衍生的各类化工品层出不穷,另一方面生物质碳材料在土壤调节、吸附剂、电化学等领域的应用也不胜枚举。尤其是作为电化学储能与能量转化的电极材料方面,这主要归因于生物质碳材料本身具有丰富的孔结构和高比表面积与电化学器件的需求相契合,而且通过调节碳材料的孔结构、杂原子掺杂等方面进行改性可以达到更高、更稳定的性能,同时生物质原料价格低廉、来源广泛使得它极有希望大规模生产,从而改善能源资源分布结构。本文以纤维素基生物质为原料制备生物质碳电极,一方面,以棉布为原料制备碳布电极,在制备过程中引入过渡金属纳米颗粒并进行磷化改性,并研究其作为电解水析氢反应的催化电极性能。另一方面,以棉纤维素为原料制备粉体多孔碳,并研究其作为超级电容器电极材料的电化学性能。主要结论如下:（1）以施魏策尔试剂变体（醋酸镍的浓氨水溶液）浸泡生物质棉布,碳化处理后制备出镍纳米颗粒负载的碳布电极Ni@C,并在此基础上进行了磷化改性,研究了镍负载量、磷化处理对电催化析氢性能的影响。通过扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射、电化学测试对催化剂的形貌、物相及电催化析氢性能进行表征分析。结果表明,碳布上负载金属镍纳米颗粒存在临界值,过量的负载容易引起镍颗粒的堆积和团聚,造成催化电极性能降低,其中,1 M的浸泡浓度比较适宜(2.5*7 cm棉布浸泡于40 ml的1 mol L-1的施韦策尔试剂变体中)。磷化改性可以降低析氢过电位的同时提高催化剂的耐久性能,通过浸泡浓度优化及磷化改性后的材料（1M Ni P@C）具有优良的电催化特性,在1M KOH电解液中,电流密度10 m A cm-2下拥有极低的过电位和塔菲尔斜率,同时在大电流100 m A cm-2下,经过IR补偿后的过电势仅为23.5 m V。经过10 h的计时电位测试后,电压保持率约为92%,表现出较好的长时耐久性能。（2）以棉纤维素为原料,采用硝酸镁、尿素、棉纤维共混后碳化的方法制备分级多孔碳HPC样品,研究煅烧温度对多孔碳材料在超级电容器容量和稳定性方面的影响,得到了电化学比电容最高的HPC900样品,在1 A g-1的电流密度下比电容达到了161.4 F g-1。为进一步提升多孔碳材料的倍率性能和循环性能,使用KOH进行活化处理。确定最佳的活化质量比后,对比三个不同煅烧温度下样品活化后的循环伏安曲线、恒电流充放电曲线、比容量等电化学性能参数,结果表明,4AC@HPC800样品作为超级电容器的工作电极具有优良的电化学性能。在1 A g-1的电流密度下比容量高达234.7 F g-1,在10 A g-1的大电流密度时依然有207.6 F g-1的比电容,表明其具有良好的倍率性能;在2 A g-1的电流密度下经过10000次循环后依然有196.1 F g-1的容量,表明其具有可长时工作的特性。上述结果表明,以纤维素基生物质制备的碳材料在电解水和超级电容器领域具有优良的电化学性能。生物质碳材料在电化学能量储存与转换上具有广阔的应用前景。该论文有图38幅,表8个,参考文献112篇。