如今,化石燃料过度地使用已经导致了严重的环境污染和能源危机。为了解决这些问题,我们需要发展高效、环保、低成本、可持续的能源。在现存的储能技术中,锂离子电池无疑是众多设备的主要能源,如手提电子设备、电动汽车等。但是以石墨为负极和以磷酸铁锂为正极的传统锂离子电池已经将要达到它们的能量密度和动力性能的极限。为了满足下一代锂离子电池的需求,发展高容量的负极材料势在必行。转化型过渡金属化合物如过渡金属氧化物和硫化物由于其较高的理论比容量已经引起了广泛的关注,但是其较低的导电性能、严重的体积膨胀现象已经严重阻碍了其发展。本论文从过渡金属化合物负极材料的问题出发,提供三种材料的制备方法以及性能测试,以期为过渡金属化合物的开发提供一些思路。基于Co₃O₄材料在锂离子嵌入过程中会引起较大的体积膨胀现象,我们设计了一步法制备二维多孔Co₃O₄纳米片层。二维结构可以有效缩短锂离子的扩散距离以及提供更高的暴露面积从而增加电极与电解液的接触面积,提高反应效率。此外这种多孔结构可以有效缓解在锂离子嵌入和脱出过程中的体积应力变化,并且有利于电解液的渗透。在这个工作中,我们以一种简单、环保、低成本的方法合成了二维多孔Co₃O₄纳米片层。当这种材料用于锂离子电池负极中进行测试时,表现出了杰出的锂离子存储性能,如在电流密度为300mA g^-1时,循环100次后可逆容量可以达到850 mAh g^-1,且库伦效率可以维持在99%左右。为了继续探索二维材料在离子电池中的应用,我们采用了叶片状的沸石咪唑型材料（ZIF-L）作为前驱体制备金属硫化物/碳矩阵复合物。事实上,当采用单金属ZIF-L无法得到叶片状形貌的金属硫化物/碳矩阵。而当采用不同的Co²⁺/Zn²⁺比例的双金属ZIF-L时,发现最终的金属硫化物/碳矩阵的形貌将会出现显著的影响。L-Co₂Zn₁-S样品在经过硫化处理后得到了较完整的叶片状形貌,且其在500 mA g^-1的电流密度下经过200次循环之后可以达到527 mAh g^-1的比容量,库伦效率为99%。此外,L-Co₂Zn₁-S也表现出了较出色的倍率性能。这种杰出的电化学性能可以归结于其二维的形貌以及双金属硫化物的协同效应。这个工作不仅提供了一个制备双金属硫化物的方法还为制备二维的碳矩阵提供了一些思路。为了解决硫化物的导电性的问题,本论文也制备了三维碳网限域Co₉S₈颗粒结构。这个工作采用纳米纤维素作为三维碳网的前驱体,以沸石咪唑型材料（ZIF-67）原位生长在其上,后经碳化硫化处理后形成3D Co₉S₈/C网状结构。这个结构的优势在于三维的碳网为Co₉S₈颗粒构建稳定的电子传输通道,提高了反应的效率,此外碳网结构加强了Co₉S₈颗粒与颗粒之间的连接性,可以有效维持其结构稳定性,提高循环寿命。这种结构在电流密度为500 mA g^-1下循环150次之后可以达到700 mAh g^-1的比容量。并且它在电流密度为100,200,500,1000,2000 mA g^-1下,容量可以分别达到774,728,646,578,486 mAh g^-1,表现出了良好的倍率性能。在本论文中,我们分别制备了二维的Co₃O₄多孔片层、叶片状的双金属硫化物/碳矩阵和三维的Co₉S₈/C结构。这些过渡金属氧化物、硫化物用简单、低毒、环保的方法制备,当作为锂离子电池负极表现出了杰出的电化学性能,我们希望这些方法可以为制备过渡金属氧化物和硫化物提供一些思路。