1、隨著人類社會日益增長的能源需求，建立高效、經(jīng)濟、綠色的能量存儲與轉換系統(tǒng)迫在眉睫，開發(fā)能量與功率密度高、循環(huán)使用性好、成本低以及環(huán)境友好的電極材料具有關鍵性的作用。二維材料的表面效應、小尺寸效應、電子結構可調(diào)控等特征使其具有非常大的潛力獲得高性能電極材料。針對電化學儲能應用，本文旨在探索多元組裝和誘導生長的方法簡單高效地實現(xiàn)復合、摻雜、造孔、相變等過程，獲得高性能的二維石墨烯基復合金屬氧化物、雜原子摻雜石墨烯基金屬硫化物以及金屬態(tài)/半導

2、體態(tài)雜化的多孔層狀二硫化鉬，并且探究形貌、結構、組分等因素與性能的關系。本文主要內(nèi)容和結論如下：
　?。?）以氧化石墨烯（GO）為基底，在溫和條件下通過兩步法構筑具有界面相互作用的二氧化錫和二氧化鈦納米顆粒交錯生長在石墨烯表面，得到二維石墨烯基三元復合材料（TiO2/SnO2@G）。首先，在水溶液中使GO與Sn2+發(fā)生氧化還原反應，得到金紅石型SnO2納米顆粒原位生長在石墨烯表面（SnO2@G）；接著以 SnO2@G為復合二維模板

3、進一步誘導正鈦酸四丁酯在其表面組裝水解形成金紅石型TiO2納米顆粒。作為鋰離子電池負極材料，TiO2/SnO2@G在160 mA g-1充放電下具有600 mAh g-1的比容量，充放電循環(huán)300次仍然保持穩(wěn)定；在4000 mA g-1的大電流密度充放電下還具有260 mAh g-1的比容量，整個充放電過程約3分鐘。二維石墨烯基底、體積膨脹效應小的TiO2納米顆粒、介孔結構等有效地阻礙和緩解了活性SnO2的體積膨脹和團聚；高導電性的二維

4、石墨烯基底及同構異質(zhì)納米顆粒之間的界面相互作用有利于電子的快速傳輸。
　?。?）以GO為二維基底，通過靜電相互作用力等與質(zhì)子化石墨相氮化碳及三硫化鉬組裝得到三元復合前驅(qū)體（MoS3@g-C3N4-H+@GO），利用組分間的相互誘導作用，在溫和的熱處理溫度下進一步獲得富氮摻雜石墨烯基二硫化鉬（MoS2@NGg-C3N4）。硫化鉬促使 g-C3N4-H+在較低溫度（550℃）下完全分解；g-C3N4-H+分解產(chǎn)生的還原性富氮氣體一方面

5、促進MoS3熱解還原并誘導生長形成高度結晶的MoS2納米片狀晶體（層間距為0.66 nm），另一方面作為氮源對GO基底進行有效的氮摻雜（13 at.%，主要為吡啶型氮和石墨化氮）。富氮摻雜的石墨烯基底以及垂直暴露的MoS2納米片有利于獲得高儲鋰容量，它們之間的強結合力不僅增加材料的穩(wěn)定性而且減小界面電阻以利于快速充放電。得到的MoS2@NGg-C3N4在100 mA g-1充放電下達到1450 mAh g-1的比容量，循環(huán)200次仍然穩(wěn)

6、定；在10 A g-1的大電流密度充放下仍保持有830 mAh g-1。
　?。?）在本論文發(fā)展的g-C3N4-H+@GO的復合模板上組裝沉淀硫化鈷得到復合前驅(qū)體（CoS@g-C3N4-H+@GO），同樣利用組分間的相互誘導作用，在溫和熱處理溫度下獲得Co9S8片狀晶體結合在高度褶皺的氮硫共摻雜二維石墨烯基底上（Co9S8@NSGg-C3N4）。CoS促使g-C3N4-H+在溫和溫度（550℃）下全部分解；而g-C3N4-H+的完

7、全分解誘導了CoS熱分解產(chǎn)生的Co9S8在石墨烯基底上形成沿c軸暴露的片狀晶體；此外，熱分解過程中釋放的氮和硫?qū)崿F(xiàn)了石墨烯的雜原子共摻雜。得益于高比表面積、多級孔結構以及豐富的活性位點，Co9S8@NSGg-C3N4具有優(yōu)異的電催化氧還原活性（起始電位：-0.02 V，半波電位：-0.10 V，-1 V的極限電流密度：6.1 mA cm-2）、長時間工作穩(wěn)定性以及抗甲醇毒化能力，優(yōu)于商用Pt/C；作為空氣電極催化劑，在鋅-空氣電池具有出

8、色的充放電穩(wěn)定性。
　　（4）以鎂、鋁雙金屬離子共沉淀獲得的層狀鎂鋁雙金屬氫氧化物（MgAl-LDH）這種無機晶體作為新型二維模板組裝MoS3形成復合前驅(qū)體（MoS3@MgAl-LDH），利用組分之間的相互作用，通過熱處理和酸刻蝕模板的過程實現(xiàn)了 MoS2的組裝生長及相轉變，得到金屬態(tài)/半導體態(tài)雜化的MoS2介孔二維納米復合材料（meso-1T/2H-MoS2NS），制備過程簡單、高效、可靠。MgAl-LDH在熱處理中分解形成由氧

9、化物晶粒組成的多孔單晶層板（MgAl-LDO），這種多孔層板誘導了MoS3熱解形成的2H晶相 MoS2在其表面以（001）面暴露和一致的取向排布（2H-MoS2@MgAl-LDO）。酸刻蝕模板后，MoS2仍能保持二維層狀排列，得到柔性的多孔MoS2片層；特別的是，模板的去除誘導了半導體態(tài)的2H晶相MoS2部分轉化成為了金屬態(tài)的1T晶相MoS2。相比于剝離得到的MoS2片層以及MoS2納米顆粒，meso-1T/2H-MoS2NS在鋰離子電