锂离子电池作为绿色新型的储能器件,已广泛应用于日常的电子产品中。目前,电动汽车的快速发展使得人们对锂离子电池的需求日益增加。同时,也对电池的性能提出了更高的要求,如长寿命、高安全、高功率密度等。故加速了人们对电极材料的开发。目前,市场所售锂离子电池负极材料的比容量低、充放电倍率小,尚不能满足电动汽车的需求。针对负极材料存在的问题,我们构筑了几种低成本、性能优异的过渡金属化合物。研究了其物相和形貌,并对其性能进行了系统的研究。本论文主要包括以下内容:(1)采用水热-煅烧法合成了MoO2与氮掺杂石墨烯的杂化材料(即MoO2/N-GNS)。在该杂化材料中,MoO2纳米颗粒通过与N-GNS之间形成Mo-N化学键而均匀稳固的分散在N-GNS上。由于氮的掺杂、柔韧且导电的石墨烯以及MoO2纳米颗粒的协同作用,MoO2/N-GNS作为锂离子电池负极材料时,表现出优异的倍率和循环性能且具有较高的可逆容量。(2)为了提高α-Fe2O3的储锂性能,我们不仅构筑了α-Fe2O3的微纳结构,还研究了粘结剂的影响。通过氨基酸辅助水热法制备了α-Fe2O3纳米椭球,长和宽分别为180-230和140-170 nm。将α-Fe2O3纳米椭球用作锂离子电池负极材料,并对比了不同粘结剂如海藻酸钠(SA)和聚偏氟乙烯(PVDF)对其储锂性能的影响。由于SA与α-Fe2O3纳米椭球之间存在化学键,因此,与PVDF粘结剂相比,以SA为粘结剂的α-Fe2O3纳米椭球电极具有更优异的循环性能。当电流密度为100 mA g-1时,60次循环后,该电极的可逆容量高达1164 mA h g-1。而以PVDF为粘结剂时,在相同测试条件下,α-Fe2O3纳米椭球电极的容量衰减严重。(3)过渡金属磷化物用作锂离子电池负极材料时,循环稳定性差,限制了它们的实际应用。为此,我们以SiO2为模板,采用溶胶-凝胶法设计合成了一种新颖且具有三维有序分级孔的MoP与碳的杂化材料,即MoP@C杂化材料。该杂化材料具有三维内部交联的分级孔结构和导电碳层,能够有效地缓解充放电过程中产生的体积变化,并缩短离子和电子的传输通道。因此,将MoP@C杂化材料用作锂离子电池负极材料时,其表现出较优异的循环和倍率性能。最后,系统的研究了其储锂机理。(4)采用程序升温还原法设计合成了一种新颖的分级孔异质纳米棒,该纳米棒由MoP、Mo3P和碳组成,即MoP/Mo3P@C。该异质纳米棒具有介孔和大孔的分级孔结构,将其用作锂离子电池负极材料时,表现出较优异的电化学性能。即电流密度为100 mA g-1,循环100次后,其可逆容量为787 mA h g-1。该优异的循环性能主要与介孔与大孔的分级孔结构、MoP/Mo3P的异质结构和导电碳层的协同作用相关。(5)为了提高Co9S8的循环稳定性,我们设计将其与碳材料复合。结合回收利用废弃生物质碳源(柚子皮)的理念,我们采用水热-煅烧柚子皮法合成了Co9S8/C复合物。将Co9S8/C复合物用作锂离子电池负极材料时,其表现出优异的储锂性能。当电流密度为100 mA g-1时,循环100次后,其可逆容量高达1007.6 mA h g-1,明显的优于纯Co9S8和纯C材料,说明该复合物具有较高的容量和较好的循环稳定性。Co9S8/C复合物具有较优异的电化学性能主要是由于部分的N和S掺入C基体,提高了复合物的导电性。且C基体作缓冲层和C-S-Co键抑制了Co9S8纳米颗粒的团聚。同时,柚子皮属于废弃物,因此,以柚子皮作碳源,制备的Co9S8/C复合物不仅能解决环境问题,也能有效的改善金属硫化物的稳定性。(6)α-Fe2O3是光芬顿反应中非常有潜力的光催化剂。为了提高其催化活性,人们已经合成了具有可控暴露面的α-Fe2O3催化剂。为了研究α-Fe2O3的形貌与光催化活性的关系,我们采用水热法可控的合成了四种不同形貌的α-Fe2O3样品。如暴露面为{101}和{001}的多面体、暴露面为{001}的纳米棒、纳米椭球与圆柱体。在可见光照射下,将它们分别用于催化降解亚甲基蓝溶液。结果表明,暴露面为{101}和{001}的多面体具有最高的光催化活性,可能是由于其具有{101}高能面。因此,α-Fe2O3的光催化活性与其表面原子排布有关,而表面原子排布又由其形貌决定。