随着电化学储能的应用和推广,人们对锂离子电池的功率密度和钠离子电池的商业化开发有了更高的需求。硬碳材料是典型的无序型的碳材料,因其碳层间距较大、各向同性以及微孔结构丰富等优点在储锂/钠领域备受关注。然而其大倍率下的储锂/钠性能仍需进一步改善。本论文制备了一系列杂原子掺杂有序/无序杂化碳基材料,一方面通过低温催化石墨化改善电子导电率低和电化学稳定性不足的缺点;另一方面通过杂原子掺杂的方式,通过增加材料表面活性位点增加快速吸附的储能容量。研究了碳材料的有序/无序结构以及杂原子官能团组成和其电化学性能之间的构效关系,并对储锂/钠机制进行了讨论。使用两亲性碳材料CP-A5作为前驱体,硝酸铁作为低温石墨化催化剂,采用喷雾干燥法制备了微球结构,经过炭化和浓硝酸后处理得到有序/无序杂化碳微球。催化石墨化作用改善了电子导电性和电化学稳定性,而氮元素和氧元素的掺杂可以提高材料的活性吸附位点、降低材料表面的电荷转移电阻,进而支持材料具有较好的电化学稳定性和倍率性能。作为锂/钠离子电池负极材料,在2.0 A g^-1电流下,比容量分别可以达到220和125 m A h g^-1。为了进一步提高材料的离子扩散率,以两亲性碳材料磺化沥青通过溶剂置换法合成了由三维骨架结构的纳米气凝胶,再通过催化石墨化和浓硝酸氧化得到了氮元素和氧元素掺杂的纳米级的有序/无序杂化碳气凝胶。该材料由于更合理的多孔结构而具有更低的扩散电阻,使得离子可快速地到达材料储锂/钠活性位点并发生储能反应。由于纳米尺寸效应,铁对纳米级的碳气凝胶的催化石墨化作用更强烈。这种有序结构的过度发展对储锂影响较小,但不利于储钠。作为锂离子电池负极材料,这种碳气凝胶具有相对碳微球更好的倍率性能,在5 A g^-1的电流密度下,其可逆容量可达233 m A h g^-1。作为钠离子电池负极材料,碳气凝胶倍率性能相对碳微球较差,在2.0 A g^-1的电流密度下,容量为95 m A h g^-1。