活性炭具有发达的孔结构,而纳米碳材料,如碳纳米管(CNTs)、碳纳米墙(CNWs)等,具备独特的物化性能。本文旨在制备一种新型的多层次结构碳材料,并通过调整工艺使所制备材料兼备活性炭和纳米碳材料两种材料的优点。论文以含钻沥青为原料,KOH为活化剂,通过化学活化法,原位合成了活性炭／碳纳米墙和活性炭／碳纳米管两种掺杂材料,研究了工艺条件对产物形态、结构及性能的影响,初步探讨了掺杂材料的形成机理,并将掺杂材料用于电极材料,考察了其电容性能和储锂性能。主要研究内容如下：1.系统研究了工艺条件对产物形态、结构及性能的影响,所研究的工艺条件包括预处理工艺(预氧化、预碳化、预氧化-预碳化)、硼化合物添加剂的种类及含量、KOH配比、钻化合物种类及含量、活化温度。结果表明：(1)预碳化-活化和预氧化-活化的产物中能形成较多的CNWs和CNTs;(2)所选用的三种硼化合物添加剂中NaBH4对形成纳米碳结构最有效,B元素不是纳米碳结构生成的决定性因素,NaBH4的加入会促进纳米碳结构的生成是因为其具有强还原性并可释放H2,过多的NaBH4反而不利于纳米碳结构的生成；(3)KOH配比对产物中纳米结构的影响与原料中钻的含量密切相关,钻含量一定的条件下,增加KOH的含量,产物中的纳米碳结构先增多后减少,钻含量不同时,生成纳米碳结构所需的KOH用量不同,随着钻含量的增加,制备纳米碳结构所需要的KOH的含量增加；(4)与乙酸钻相比,纳米氢氧化亚钻更有利于活化过程中纳米碳结构的形成；(5)900℃热处理是产物中形成纳米碳结构较适宜的温度。2.通过控制工艺条件,制备出了两种不同结构的活性炭/纳米碳掺杂材料,其中活性炭/碳纳米管掺杂材料中含有大量直径介于100～350nm之间,长度介于10～25μm之间的CNTs;活性炭/碳纳米墙掺杂材料中含有大量厚度为15～20nm,宽度为1～2μm的CNWs。3.沥青在化学活化中形成纳米碳结构是一个新的科学现象,论文通过系统的研究结果初步对这一现象进行了科学解释。研究结果表明,活性炭/纳米碳掺杂材料的形成机理是碳材料在KOH高温刻蚀作用下,产生大量结构碎片,这些结构碎片在催化剂钻的作用下发生结构重排,形成了具有良好石墨结晶结构的纳米碳材料。当活化形成的结构碎片尺寸较大,并且钻颗粒较大时趋于形成碳纳米墙；当结构碎片尺寸较小,且钻颗粒较小时趋向于形成碳纳米管。4.首次将活性炭/碳纳米墙掺杂材料(AC/CNWs)用于锂离子二次电池和超级电容器(EDLS)电极材料。电容测试结果表明：电流密度为0.02A/g和5A/g时材料的比电容最高可达143F/g和116F/g,在0.1A/g的电流密度下循环500次后比电容最高为140F/g。将其用于锂离子二次电池负极材料,测试结果表明：该材料首次充放电效率较低,2C大电流循环100次后,材料的放电比容量最高为91mAh/g。5.将活性炭/碳纳米管掺杂材料(AC/CNTs)用做超级电容器电极,测试表明：制备的活性炭/碳纳米管掺杂材料具有良好的电容特性和较高的比容量,电流密度为0.02A/g时,比电容最高为184F/g,电流密度为2A/g时,比电容最高为140F/g,在0.1A/g的电流密度下循环500次后比电容最高可达158F/g。6.采用两种方法制备了活性炭／碳纳米管／石墨掺杂材料(AC/CNTs/G),并将其用于锂离子二次电池负极,并与天然石墨的电性能进行对比,结果表明,经过掺杂能显著提高石墨的倍率性能,其中将石墨与含钻沥青混合后用KOH活化的方式原位制备的掺杂材料具有优异的倍率性能和稳定的循环性能,2C充放电循环100次后,其比容量稳定在274mAh/g。