作为储能技术发展的关键要素,相变材料（Phase change materials,PCMs）在相变过程中通过储存和释放大量热能提供潜热,具有存储能量大、储能密度高、相变温度恒定,能较好地解决能源供求在时间和空间上不匹配的矛盾,且经济效益显著等诸多优点。由于有机固-液相变材料具有适宜的相变温度、过冷度低、相变过程中体积变化小等优势,已成为目前研究最多和应用最广的一类相变材料。然而,已知的有机固-液相变材料存在易泄露、导热系数低、功能单一等缺陷,这限制了其在实际过程中的直接应用。针对目前存在的这些问题,本论文提出构筑三维微纳结构多孔碳材料封装有机相变材料的思路,通过三维微纳结构多孔碳材料的表面性能和孔尺寸的调控与优化,达到其与有机相变材料的最大限度匹配以调控复合相变材料的储能密度,不仅能有效防止有机相变材料在相变过程中的泄露问题,而且还可以提高复合相变材料的综合性能,这为微纳米材料的可控构筑、功能耦合和在热能存储与转换领域的应用提供了研究思路和基础数据。（1）以高能量密度的十六胺（HDA）为有机相变材料,采用变温红外技术分析了相变前后分子结构的变化,推测了 HDA的相变机理,得出45-48℃是HDA分子发生相变的临界温度。以向日葵花托和向日葵杆的海绵质为原料,通过冷冻干燥和高温碳化分别制备了三维生物质碳气凝胶（r-CA,s-CA）,利用HDA的高潜热和生物质碳气凝胶（BCAs）含有丰富的微纳孔、良好的表面性质及光吸收能力强等优点,可借助毛细作用力将HDA浸渍于载体BCAs的孔道中,实现HDA的高效封装,制备了形状稳定的复合相变材料（ss-PCMCs）。结果表明,s-CA对HDA的吸附率高达1988%,同时具有高相变焓值（239.4-271 kJ kg-1）和良好的热循环利用能力。HDA/BC As优异的热学相关特性使其在太阳能光热转换与存储方面展现出很大的潜力。（2）将一维纳米结构的凹凸棒石（Pal）和埃洛石纳米管（HNTs）通过界面交联作用设计合成了具有三维微纳结构的混合黏土海绵（MCS）,掺杂不同质量分数的膨胀石墨（EG）以提高复合相变材料的整体导热性能。结果表明,复合相变材料具有较高的储能密度（214.2-239.2 kJ kg-1）和热可靠性,200次热循环后相变焓保持率基本不变。HDA分子与掺杂EG的混合黏土海绵之间的分子间作用力降低了相变材料与载体间的界面热阻,提升了复合相变材料的热导率（导热系数从0.147 W m-1 K-1提高到0.667 W m-1 K-1）。另外,复合相变材料具有良好的光热转换能力,这在热能存储领域显示出巨大的潜力。（3）聚乙烯醇水溶液（PVA）和AgNO3在水热条件下催化交联自组装合成了三维同轴PVA包覆银纳米线凝胶,经过冷冻干燥和不同温度进行退火处理,获得具有三维交互网络的轻质碳包覆银纳米线杂化海绵（AgNW@C）。以不同退火温度的AgNW@C为主体支撑基体,分别将客体十六胺（HDA）和十四胺（TDA）分子固载于其中,制备了一系列脂肪胺/碳包覆银纳米线杂化海绵复合相变材料。结果表明,复合相变材料具有较高的储能密度（平均大于 200 kJ kg-1）、光热转换效率（8 1.1%-88.65%）、导热系数及良好的热可靠性。另外,HDA/AgNW@C在相变温度以上保持良好的形状稳定性,HDA没有泄露。（4）以不同比例的一维羧基化多壁碳纳米管（C-MWCNTs）与二维氧化石墨烯（GO）利用水热氧化还原法组装三维全碳水凝胶,通过冷冻干燥,退火处理得到三维全碳气凝胶（GA,GCA）。分别将高能量密度的十六胺（HDA）和十四胺（TDA）封装于其中,制备了 一系列集相变储能和光热转换一体的多功能形状稳定复合相变材料（FS-PCMC）。探讨了三维全碳气凝胶的化学结构、孔性能及化学相容性等对复合相变材料的储热性能、相变行为、导热性能及光热转换效率的影响。由于碳纳米管和石墨烯构筑的三维多孔网络结构及两者的协同强化传热,且可提供连续的声子传播通道,从而实现了复合材料热导率的有效提升。此外,FS-PCMC具有极高的相变焓（203.1-248 kJ kg-1）和良好的循环利用性能。更重要的是,由于GC A能增强光吸收能力,减少热辐射。复合相变材料的光热转换效率为72.36%-88.25%,这为高效储热及光热材料的载体设计提供了丰富的实验基础及理论依据。