近年来,绿色、廉价、可再生生物质资源的开发和利用逐渐引起研究者的研究兴趣,人们逐渐开始利用生物质资源部分替代或取代传统的功能组分。本论文以功能为导向,以构建结构基元为主体,组装系列生物质基多孔功能碳材料,在弥补原有多孔碳材料功能性缺陷的同时,实现生物质资源的高值化应用。主要的研究工作如下:通过一步水热法制备了木质素磺酸盐/石墨烯复合水凝胶(LS-GH)。借助具有多种含氧官能团的木质素磺酸盐对石墨烯三维多孔水凝胶进行功能性修饰。由于该复合水凝胶具有较大的比表面积,丰富的孔隙结构及大量的活性位点,其对Pb(Ⅱ)的吸附能力高达1210 mg g-1,远高于纯石墨烯水凝胶(GH,385 mg g-1),是目前所报道的铅离子吸附材料中吸附性能最高的材料之一。此外,该水凝胶具有良好的机械强度、易回收性和可操纵性。将具有自支撑性能且柔韧的LS-GH放置于柱状吸附装置中,提供了一种快速高效去除Pb(Ⅱ)的方法,在40 min内其吸附量高达1308 mg g-1。更为重要的是LS-GH可以循环使用,在循环5次后其吸附能力可保持90%,循环10次后仍可保持82%的吸附能力。基于木质素磺酸盐功能化的石墨烯水凝胶(LS-GH)材料,设计出一种新型的无金属柔性超级电容器。这种柔性的水凝胶材料可以直接用作自支撑电极材料,不需添加任何的粘结剂和导电剂。此外,木质素磺酸盐富含酚羟基基团,可以有效转化为具有氧化还原活性的醌/氢醌结构(Q/QH2),在储能过程中提供赝电容的储能特性。在液态电解液中,该复合水凝胶表现出超高的质量比电容432A g-1,几乎为纯石墨烯材料(238 A g-1)的两倍,而且该器件具有优异的倍率性能(81%、20 A g-1)和循环稳定性(90%、10000次)。此外,以该复合水凝胶作为柔性电极材料,以PVA-H2SO4凝胶为固态电解质,组装了无金属柔性固态超级电容器。无金属的柔性LS-GH电极材料不仅具有与金属超级电容器相媲美甚至更高的电化学性能(如比电容量408 F g-1,1 A g-1、倍率性能75.4%,20 A g-1、循环稳定性84.4%,10000次,10 A g-1),同时还表现出卓越的机械性能和柔韧性。以半纤维素和低温制备的氧化石墨烯为原料,通过绿色、简单的物理交联形式,自组装制备了半纤维素/氧化石墨烯(HC/GO)超分子水凝胶。其中,线性半纤维素分子链作为物理交联剂,氧化石墨烯片层作为凝胶骨架,二者通过强烈的氢键作用构成多个界面结合位点,形成具有多级孔结构及较强机械强度的复合水凝胶。该半纤维素/氧化石墨烯复合水凝胶展现出优异的pH-诱导的凝胶-溶胶转换行为。随后,我们将其作为药物载体负载VB12,并控制药物在中性介质(pH 6.8～7.4)中的选择性释放。中性环境中半纤维素/氧化石墨烯复合水凝胶在12 h内VB12的累积释放量达到了 85%,而在酸性环境中(pH 1.7)同等条件下VB12的累积释放量仅有30%,有效地控制了模拟药物在酸性环境中的无效释放。通过水热法合成半纤维素基碳微球,并通过(K2Fe04)活化,制备组装了石墨化多孔碳微球,该多孔碳微球材料可作为超级电容器的电极材料。在活化过程中,绿色、温和的K2Fe04活化剂同时发挥活化和石墨化作用,将半纤维素水热碳微球进一步转化成为具有大的比表面积(1250 m2 g-1)和高石墨化程度的多孔碳微球。电化学测试结果表明,该多孔碳微球电极表现出优异的的比电容量262 F g-1、倍率性能(20 Ag-1,80%)和循环稳定性(10000次,95%)。