当今,能源危机和环境污染已经成为人类生存面临的难题。生物质原料具有来源丰富、环境友好、可再生性等优点,多孔炭材料具有化学稳定性高、导电性好、孔隙结构丰富等特点。而高效、环保的燃料电池和具有功率密度高、充放电速度快、循环寿命长的超级电容器是当今极具应用前景的能源转换和储存装置。但燃料电池阴极氧还原催化剂仍以贵金属Pt为主,造成其成本昂贵,不利于大规模使用。超级电容器的电极材料仍需开发具有优异性能的种类。因此,选择合适的生物质制备多孔炭材料,并将其应用于燃料电池阴极氧还原催化剂和超级电容器电极材料中,对解决环境和能源问题具有重要的研究意义。本文选择核桃花和洋葱作为生物质材料,选用K₂CO₃、K₂C₂O₄、KOH作为活化剂,FeCl₃作为石墨化剂,通过水热活化-高温热处理,制备了核桃花和洋葱两类生物质基多孔炭材料,将制备的炭材料应用于燃料电池阴极氧还原催化剂和超级电容器电极材料中。通过SEM、XRD、Raman和BET等物理表征测试了制备炭材料的形貌、孔径结构等信息;通过电化学测试对炭材料催化ORR活性及影响催化活性因素、双电层电容和比电容等方面进行了研究,结果表明:（1）以核桃花生物质为原料,分别以K₂CO₃、K₂C₂O₄、KOH为活化剂,FeCl₃作为石墨化剂制备了三种炭材料,通过物理表征发现活化后制备的炭材料由微孔、介孔和大孔组成的多级孔炭材料。将炭材料作为燃料电池阴极催化剂,通过电化学测试发现活化剂种类、活化剂与石墨化剂的用量比、水热时间和温度、碳化温度等因素对催化剂的催化性能都有影响。（2）以核桃花生物质制备的炭材料催化ORR时,根据K-L方程计算出ORR过程中的转移电子数在3.5到4之间,表明催化过程都是2e和4e的混合过程,且以4e反应机理为主,即直接把氧气催化还原成水的理想过程。其中活性最好的催化剂其催化ORR起始电位E_onest达到0.832 V（νs.RHE）,在0.4 V时最大的极限电流密度为2.941 m A·cm^-2。另外,所有催化剂的耐甲醇性和稳定性都优于商业Pt/C催化剂。（3）通过分析炭材料的孔结构与催化ORR性能和电容性能发现:在一定范围内,材料中的微孔比表面积和微孔孔体积对催化剂的催化性能起主导作用。材料中微孔结构有利于产生大电容,即微孔有利于储能。活化剂K₂CO₃有利于造出2～3 nm的介孔,K₂C₂O₄活化处理制备的炭材料以微孔和32～45 nm尺寸的介孔居多,而经过KOH活化处理制备的炭材料具有较多的微孔。（4）以洋葱为碳源,K₂CO₃作为活化剂时,活化剂的用量占碳源的37.5%、碳化温度为800℃时制备的炭材料的双电层电容值(C_dl)为113.86 m F和质量比电容值（C_m）为136.12 F g^-1;K₂C₂O₄作为活化剂时,其用量占碳源的50%时,碳化温度为800℃时制备的炭材料其双电层电容值为192.31 m F、比电容值为154.42 F g^-1;KOH作为活化剂时,活化剂用量占碳源的25%、碳化温度为800℃时制备的炭材料其双电层电容值为123.69 m F,同时具有最大的质量比电容为155.05 F g^-1。