除了影响全球数百万人的粮食问题之外,水资源短缺和能源危机也是两个主要的全球性问题。开发环保、高效的海水淡化技术和能源转换/存储系统至关重要。针对这一目标,我们主要进行了以下两个领域的研究:（1）电容去离子（CDI）技术。与传统的反渗透和热蒸馏相比,CDI具有能源效率高、成本低、易再生、无污染等优点,是目前最有发展前途和最环保的海水淡化技术之一。CDI除盐的工作原理是在CDI电极/溶液界面形成双电层（EDL）。当施加低直流电压（通常限制在1～1.4 V）时,低盐度水流过两个多孔CDI电极时,离子被吸附在带相反电荷的电极上形成双电层。基于这一机理,探索具有高EDL电容的电极材料是提高CDI除盐性能的关键。多孔碳电极是最常用的CDI电极材料。常规的多孔碳材料含有丰富的微孔、闭孔和端孔。尽管它们能提供较大的比表面积,但不利于离子的进入。其次,纯的碳材料润湿性差,不容易被溶液浸润,从而减少了碳材料可利用的面积。这些缺陷严重限制了基于碳材料的CDI电极的除盐性能。为了给CDI提供较大的EDL电容,理想的电极材料应该具有较大的比表面积、合适的孔径分布、高润湿性和高导电性。因此,本文制备了一种N-掺杂的分级多孔碳气凝胶（N-HPCA）用于CDI,并详细研究了其CDI除盐性能。（2）电化学储能。由于镍和铁元素资源丰富,碱性镍铁电池已成为一种极具吸引力的电化学储能装置。然而,镍铁电池的性能在很大程度上受到铁负极比容量低和放电速率差的限制。为缓解此问题,研究者的解决途径包括探索新的铁电极材料、构建无机/碳杂化电极材料和在电解质溶液或铁负极材料中添加添加剂。本论文报道了一种新的Fe_1-x-x S和还原氧化石墨烯复合材料(Fe_1-xS@rGO复合材料)作为高性能镍铁电池的负极材料,并研究了负极材料的电化学存储性能。论文主要研究内容如下:（1）以商业壳聚糖为原料,成功制备出氮掺杂的三维分级多孔结构的碳气凝胶。所制备的N-HPCA拥有一个高度相互关联的分级多孔结构以及丰富的介孔（2-5 nm）,不仅为离子的吸附提供了大的比表面积(2405 m² g^-1),而且为离子的运输提供了有效的通道。同时,氮掺杂进一步提高了碳材料的导电性和表面润湿性。因此,N-HPCA可提供高的比电容。其比电容在6 mol dm^-3 KOH和0.5 mol dm^-3 NaCl溶液中分别为263 F g^-1和153 F g^-1。由于其高的比电容,其盐吸附量在500 mg dm^-3初始浓度的NaCl溶液达到17.9 mg g^-1（施加1.2 V电压）。同时N-HPCA电极经过5个CDI循环时,电吸附能力没有明显的衰减,表现出良好的循环稳定性。（2）以Fe₂O₃@rGO为前驱体,硫代乙酰胺为硫源制备了Fe_1-xS@rGO复合材料,并且探究了Fe_1-xS@rGO复合材料作为碱性镍铁电池负极材料的电化学储能性能。在该复合材料中,高导电性的rGO薄片包裹Fe_1-xS颗粒,形成了致密的rGO片-颗粒界面,从而大大提高了电极的导电性。此外,rGO薄片还可以有效地防止Fe_1-xS颗粒的聚集和溶解。所制得的Fe_1-xS@rGO电极在电流密度0.3、0.6、1和10 A g^-1时,其比容量分别为～320、282、270和120 mAh g^-1,展现出了高的比容量和优异的倍率性能。此外,Fe_1-xS@rGO电极还具有较高的循环稳定性,在1 A g^-1电流密度下循环100次后,容量保留了83.3%。