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本文主要针对层状结构过渡金属硫系化合物在储锂储钠领域中存在的循环寿命有限,倍率性能差等问题,以MoS2和MoSe2为研究对象,通过纳米化、表面修饰及其与碳基材料复合化的手段,构建合理可控的多层结构,改善其电化学储锂储钠性能,并结合XPS与HRTEM等分析技术,探究层状结构过渡金属硫系化合物储锂储钠反应机制,为硫系化合物的电化学储能提供理论基础与技术支持。主要研究内容与结果如下:(1)以氨水为氮源,以PEG-20000为碳源,通过两次水热反应过程构建了自支撑多孔结构碳包覆的MoS2与氮掺杂还原氧化石墨烯气凝胶(C-MoS2/N-doped rGO),碳包覆与石墨烯三维网格骨架对MoS2电极材料的双修饰效果,使C-MoS2/N-doped rGO电极具有优异的电化学储锂性能。在200mA/g电流密度下经循环500次,能保持900 mAh/g高可逆比容量,在4 A/g电流密度下循环,仍具有500mAh/g可逆比容量,远优于C-MoS2电极的电化学储锂性能。同时,通过XPS与HRTEM相结合的分析技术探究了其电化学储锂反应机制。(2)通过溶液聚合法构建了三维网格交联结构的MoS2-PPY-rGO/Cu薄膜。厚度为5-10nm的无定型导电聚合物PPY均匀包覆的MoS2纳米片,能够有效抑制MoS2与锂反应过程中中间相多硫化物溶解问题,同时连接MoS2与石墨烯骨架。而rGO三维骨架有效抑制活性物质的团聚,并提高整个薄膜的导电性。将其薄膜直接剪切为电极进行锂离子电池性能测试,该复合薄膜电极有优异的电化学储锂性能。在200mA/g电流密度下循环400次,能保持1070mAh/g比容量,在2 A/g电流密度下仍有600mAh/g的可逆比容量。同时研究了不同厚度与载量薄膜的储锂性能,表明2 mg/cm2量的MoS2-PPY-rGO薄膜具有更优异的储锂性能,说明薄膜厚度对电化学储能有重要的影响。(3)受启于大自然的生物质结构,通过水热法制备三维多孔状结构丝瓜络生物质碳与MoS2壳核结构(LSDCM/MoS2),并利用溶液聚合法与高温碳化包覆氮掺杂碳(N-C)保护层形成了三明治核壳结构LSDCM/MoS2/N-C复合材料。由于构建了独特的三元结构,该LSDCM/MoS2/N-C复合电极具有优异的电化学储锂储钠性能。在储锂方面,在200 mA/g电流密度下循环500次,能保持1058 mAh/g的可逆比容量;在4A/g大电流密度下循环,仍能保持600mAh/g可逆比容量。另外,在4 A/g大电流密度下循环,具有优异的循环稳定性,即循环320次,仍保持571 mAh/g,远高于LSDCM/MoS2,MoS2与LSDCM电极。在储钠方面,在200mA/g电流密度下循环100次,该LSDCM/MoS2/N-C复合电极能保持534 mAh/g的可逆比容量,在4 A/g高电流密度下循环保持245 mAh/g。(4)构建合理并具有高性能的电极材料,对进一步发展钠离子电池具有极其重要的作用。因此,通过以葡萄糖碳源,以氧化石墨烯为骨架,一步水热法构建了三维多孔交联网络结构C-MoSe2/rGO复合材料。在水热过程中,碳包覆MoSe2复合纳米片(C-MoSe2)均匀嵌入在三维多孔结构还原氧化石墨烯等级结构中,达到了对MoSe2电极材料的双修饰效果。直接剪切压制成电极测试,表明该C-MoSe2/rGO电极具有优异的电化学储钠性能。在200mA/g电流密度下循环350次,能保持445 mAh/g高可逆比容量,在4 A/g大电流密度下循环,仍具有225 mAh/g的可逆比容量,远优于C-MoS2电极的电化学储钠性能。同时,通过非原位的XPS与HRTEM相结合的技术探究其电化学储钠反应机制。(5)以等离子体气相沉积制备的VG为载体骨架,通过水热法制备了核壳结构VG/MoSe2垂直阵列,随后采用溶液聚合法与高温碳化包覆氮掺杂碳(N-C)保护层形成VG/MoSe2/N-C三明治核壳结构阵列。VG与N-C构建的全方位碳修饰的三维骨架,有利于电子和离子的快速转移,促进反应动力学过程。同时N-C包覆层能够有效抑制MoSe2在电化学储能过程中中间相多硒化物的溶解,而VG具有垂直片状的稳定结构与高导电性,作为载体能够抑制活性物质团聚。因此,VG/MoSe2/N-C复合阵列具有非常优异的储钠性能。在200 mA/g电流密度下循环400次,能保持545 mAh/g的可逆比容量,即使在2 A/g的电流密度下循环仍呈现出295 mAh/g的可逆比容量。更为重要的是,具有优异的高倍率循环稳定性,即在1 A/g与2 A/g循环1000次,仍能分别保持398 mAh/g与298 mAh/g的高可逆比容量。