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能源危机和环境污染已经成为两个最严重的问题。因此,科研工作者非常重视探索创新技术,寻求可持续能源和储能装置。锂离子电池(LIBs)作为最有前途的储能技术之一,由于其高能量和高功率密度,被广泛用作便携式电子设备、电动汽车和植入式医疗设备的电源。尽管锂离子电池取得了巨大的成功,但锂资源的高成本和稀缺性是锂离子电池进一步发展的严重障碍,尤其是在大型器件领域。近年来,由于钠资源的廉价和普遍存在,钠离子电池(SIBs)越来越受到人们的重视,无疑是锂离子技术最有潜力的替代品。然而,商用石墨具有相对较低的锂储存理论容量(仅372 mAh g-1),不适合钠储存。开发具有高可逆容量、合适的锂化/钠化电位和较长循环寿命的新型负极材料仍然是一个巨大的挑战。近年来,由于金属硫化物具有较高的理论容量和良好的导电性,因此作为LIBs和SIBs的负极材料受到了广泛的关注和研究。在本论文中,制备了少层SnS2/还原氧化石墨烯复合物(FL-SnS2/RGO)、在氮掺杂的碳多面体(CP)上生长MoS2超薄纳米片的分级复合纳米结构(CP@MoS2)以及三维硫化铁/碳互锁石墨烯结构复合材料(Fe7S8/C/RGO)等几种过渡金属硫化物/碳复合材料,并对这些材料的储锂/储钠性能进行了系统的研究。同时,设计并制备了一种Se@C复合材料,将硒负载到一种杂原子(N和O)双掺杂蜂窝状多孔碳微泡(HDHPCM)基体中,并对其储锂/储钠/储钾性能进行了系统的研究。本论文主要研究内容如下:首先,我们使用非原位选区电子衍射(SAED)和高分辨透射电子显微镜(HRTEM)表征研究SnS2的钠化机制。揭示了嵌入、转化以及合金化的三步钠化机制。结果表明,在钠化过程中,沿c轴方向的各向异性体积变化较大,从而导致循环后容量急剧下降。为了实现高容量和优异的循环性能,我们通过液相剥离和冷冻干燥法特别设计了少层SnS2/还原氧化石墨烯复合材料(FL-SnS2/RGO),RGO纳米片之间夹杂大量的SnS2纳米片。其突出特点是RGO纳米片作为缓冲层,缓冲在钠化过程中的各向异性体积膨胀;而且,少层的SnS2纳米片可以缩短钠离子的扩散距离;同时,RGO层作为电子迁移高速通道,因此制备的复合材料在作为钠离子电池负极材料时具有很高的电化学活性。其次,我们制备了在氮掺杂的碳多面体(CP)上生长MoS2超薄纳米片的分级复合纳米结构(称为CP@MoS2)。独特的CP@MoS2纳米球表现出改善的碱金属离子(Li+和Na+)存储性能,这与其不寻常的结构特征相关。特别地,氮掺杂的碳多面体能够显著提高复合结构的电导率并且在很大程度上减轻MoS2纳米结构的聚集。CP和超薄MoS2纳米片的多孔结构可以显著缓冲充/放电过程中巨大的体积膨胀引起的内部应变。超薄MoS2构建单元具有大的电解液/电极界面,并且电子和Li+/Na+的迁移距离可以显著减小。片状MoS2纳米结构可以为锂和钠提供大量存储位点。所有这些优点能明显提高所获得的CP@MoS2纳米球的Li+和Na+存储能力,从而带来大的比容量,优异的倍率特性和稳定的循环性能。当作为Li存储的负极材料时,这些CP@MoS2纳米球表现出大约549 mAh g-1的大比容量和长达900个循环的优异循环寿命和良好的倍率特性。此外,它们还表现出改善的Na+离子存储的电化学活性。第三,我们通过简便的方法成功地合成了具有三维硫化铁/碳互锁石墨烯结构的复合材料(Fe7S8/C/RGO)。3D网络用于锂/钠离子存储,促进了电子/离子的传输,提高了电极的结构稳定性,从而提高了循环性能和倍率性能。当作为LIBs和SIBs的负极时,它显示出优异的倍率性能、出色的循环稳定性和高的比容量。作为锂离子电池的负极材料,Fe7S8/C/RGO复合材料在2 Ag-1的高电流密度下,经过500次循环后,表现出优异的锂离子存储性能,其可逆容量高达1091 mAh g-1。对于SIBs试验,Fe7S8/C/RGO复合材料即使在5Ag-1的高电流密度下,经过500次循环后,仍能保持269 mAh g-1的稳定放电比容量。锂/钠存储性能如此优异,说明Li&Na/Fe7S8/C/RGO系统可能是一种非常有前途的储能系统,其结构设计可以促进锂离子电池和钠离子电池的发展。最后,我们设计并制备了一种Se@C复合材料,将硒负载到一种杂原子(N和O)双掺杂蜂窝状多孔碳微泡(HDHPCM)基体中。得到高密度、高性能的复合材料,具有大的比表面积和大的孔隙体积,具有相互连接的大孔/中孔/微孔的独特结构。这种独特的结构不仅具有较大的电子导电性,提供了快速的电解质通道,而且有利于碳与硒的相互作用,起到了微反应室的作用,有效地抑制了电极体积变化,并在循环过程中捕捉多烯类中间体。此外,杂原子掺杂剂(N和O)有助于增强碳与Se/Li2Se/Na2Se/K2Se之间的相互作用。因此,杂原子(N和O)双掺杂和多孔结构的协同效应可以有效地改善电化学性能。用Se@HDHPCM复合材料作为锂-硒(Li-Se)、钠-硒(Na-Se)和钾-硒(K-Se)电池的正极材料,在低成本的碳酸盐电解液中获得了高倍率性能和高循环稳定性。对于Li-Se电池,在电流密度为0.2C(1C=678mA g-1)的情况下,Se@HDHPCM正极提供675 mAh g-1的初始充电比容量和576 mAh g-1的可逆比容量,库仑效率接近100%,100次循环后,每个循环的容量衰减率低至0.14%。对于Na-Se电池,Se@HDHPCM复合正极的初始充电容量高达688 mAh g-1,以1.0 C的电流密度充放电300次循环后,保持高达244 mAh g-1的放电比容量。