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如今,气候变化和化石燃料资源的减少对全球经济和社会的发展已经造成了很大的影响,开发可持续清洁能源以及先进的能量储存技术是人类面临的巨大挑战。因此,发展高性能的清洁能源储存装置是解决现有能源危机的本质。锂硫电池因其超高的理论比容量以及价格低廉等优势被认为是新一代有效的能源储存体系,在锂硫电池中构建碳基质包覆的金属氧化物材料,并通过他们之间协同的结构限制和化学包覆作用,对抑制多硫化物的扩散和在循环过程中保持电极结构的稳定性被证明是一种提高电化学性能的有效方法。而超级电容器因高功率密度,长循环寿命和高效的电荷传输动力其研究也备受关注。中空多孔碳材料作为一种理想的超级电容器电极材料,这归功于中空多孔碳材料具有良好的导电性,可调控的孔尺寸,大的比表面积和孔体积等优点。在这篇论文中,我们分别合成了一种新型的三明治型碳/二氧化钛/碳（C@TiO2@C）中空微球和一种表面具有可调控大介孔尺寸（18–30 nm）的笼状氮掺杂中空多孔碳球（CN–HPCSs）。我们设计合成的二氧化钛被内外碳层包覆（C@TiO2@C–S）的三明治型结构,被应用于锂硫电池,表现出优异的电化学性能;当CN–HPCSs作为超级电容器的电极材料时,对其进行了电化学性能测试,并摸索了碳壳层表面孔尺寸的大小和碳化温度对电化学性能的影响。主要研究内容如下:（1）在这项工作中,我们设计合成了一种新型的三明治型C@TiO2@C复合微球,利用物理吸附和化学键合的方法捕获多硫化物。在这种独特的结构中,中间的TiO2层具有的极性表面对在放电过程中形成的多硫化物具有强的吸附作用,三明治型的结构具有高的结构稳定性,能够缓解锂化过程中的体积膨胀,而内外碳层有利于提高电极材料的导电性和活性物质的利用率,在一定程度上抑制了多硫化物的扩散,提高了锂硫电池的库伦效率和循环寿命。基于这种协同的包覆策略,所制备的电极材料具有高的含硫量（76.4%）和优异的电化学性能,当电流密度为0.2 C时,初始容量达到1247.3 mA h g-1,具有96%的库伦效率,在0.5 C和2 C的高电流密度下分别循环300圈和500圈,其容量仍保持在741.3 mA h g-1和511 mA h g-1。其电化学性能远超过TiO2–S和C@C–S两种电极材料。（2）以羧基化的聚苯乙烯和二氧化硅作为双模版,多巴胺作为碳源和氮源,我们合成了表面具有可调控大介孔尺寸的单分散性笼状氮掺杂中空多孔碳球。所制备的中空多孔碳球具有大的比表面积,多级孔结构和良好的导电性,当其作为超级电容器的电极材料时,大介孔尺寸的通道能够减小物质传输的阻力,提供充足的电荷和电解液储存空间。基于这特殊的结构优势,我们制备的电极材料在电流密度为1 A g-1时拥有高达257 F g-1的比容量,在电流密度为10 A g-1时,比容量仍保持194 F g-1,且在电流密度为10 A g-1时,经过20000次的恒电流充放电,其容量仍保持98%,表现出杰出的倍率性能和循环稳定性。与此同时,氮元素的掺杂能改善碳材料表面的湿润性,这将有利于电解液渗透进入电极材料的孔道中。