在过去的几十年,化石能源消耗、全球变暖等问题日益严重,为了解决能源危机、环境污染等问题,开发利用可持续的清洁能源迫在眉睫。此外,现代数码通讯、电动汽车和混合电动汽车的持续增长也对可替代能源提出了更高的要求,新能源储存装置的研究和开发至关重要。在众多的储能装置中,超级电容器具有高功率密度、长循环寿命和高安全特性等优点,成为储能领域的研究热点。本论文以资源丰富的石油焦为碳源,通过化学预氧化、氢氧化钾活化及化学后氧化等手段,制备出具有高比表面积、等级孔结构及表面化学性质可调的多孔碳材料。分别考察了双氧水、硝酸的石油焦预氧化对化学活化过程的影响,研究了双氧水、硝酸的后氧化对碳材料表面化学性质的影响。此外,还向石油焦基多孔碳材料引入含氮官能团、醌类化合物,考察这些官能团和修饰剂对材料电容性能的影响。利用所制备的碳材料作为超级电容器电极材料,测试了其在水系电解液中的电容性能及析氢性能,研究了材料结构与其电化学特性之间的关系。首先,以石油焦为碳前驱体,以氢氧化钾为活化剂,考察不同碱焦比对所制备多孔碳的微观结构、孔结构及表面化学性质的影响。随着活化剂用量增加,活化过程经历生成新微孔和扩孔两个过程,微孔比表面积先增加后减小,介孔含量单调增加,平均孔径呈现先下降后增加的趋势。所制备的多孔碳具有极高的比表面积(2259 m²·g^-1),丰富的介孔含量以及良好的电容性能。其次,利用双氧水或硝酸对石油焦进行预氧化,考察其对石油焦基多孔碳孔结构、表面化学性质及电化学电容特性的影响。研究发现,硝酸预氧化对石油焦基多孔碳影响较大,可以降低石油焦活化难度,提高材料的介孔含量及氧含量,有利于电解液离子的快速传输以及增强电极材料的浸润性。我们还利用双氧水、硝酸和氨气分别对石油焦基多孔碳进行氧掺杂和氮掺杂。研究表明,双氧水氧化对碳材料的电容特性影响较大,氧化所产生的含氧官能团不仅能够改善碳材料表面的浸润性,增大双电层电容,还能够在一定程度上引入赝电容,而含氮官能团的引入能够增加材料在水系电解液中的浸润性,有利于电解液离子快速到达材料的表面,使得所制备的材料具有优异的电容性能。我们还对所制备的碳材料的催化析氢活性进行了初步探索,发现对石油焦基碳材料进行表面改性,引入含氧官能团或含氮官能团都可以有效降低其析氢反应的过电位,提高其对析氢反应的催化活性。此外,利用简便的物理吸附方法对石油焦基多孔碳进行氢醌改性,分别考察了反应时间、反应温度及不同氢醌加入量对材料电容性能的影响。研究表明,通过引入适量的氢醌可以引入大量的赝电容,从而显著提高碳材料的比电容值。所制备电极材料在50A·g^-1超高的电流密度下仍然具有300 F·g^-1的比电容值,所制备电容器的能量密度可达19.5 Wh·Kg^-1,高于大多数文献报道的数值。