电化学能量存储器件的性能和适用性对电极材料有着很强的依赖性，因此开发结构精细、性能可控的先进电极材料迫在眉睫。锂/钠离子电池的商业化负极容量小，使得它们的整体容量有限，因此开发一种高容量、高效率、长循环寿命的锂/钠离子电池负极材料是锂/钠离子电池的迫切需求和挑战。锂硫电池的实际应用也面临了许多挑战：硫（约1024Ωcm）和Li2S（＞1014Ωcm）的高电阻率；循环过程中硫的体积变化（79%）；可溶性多硫化锂（Li2Sn,4≤n≤8）的穿梭效应等。含硫材料的改性设计对制备高性能的锂硫电池起着非常关键的作用。钒基电极材料是一个大家族，成员众多，其组成、结构和性能各不相同，这为探索新型电极材料用于新兴储能提供了巨大的可能性。本文拟通过合成V2S3-氮掺杂碳纳米片超晶格结构组装的微纳花球及氮化钒纳米颗粒修饰的三维氮掺杂多孔碳材料，研究其在电化学能量存储方面的性能。本论文的主要研究内容如下：
　　（1）二维层状金属硫化物具有理论容量大、导电性好、自然储量丰富等优点，作为负极材料受到广泛关注。单层或多层金属硫化物纳米薄片可以暴露更多的活性位点，缩短扩散路径。本章节，我们设计了由单层V2S3和氮掺杂碳堆叠的超晶格纳米晶体组成的三维微纳米花球。与传统的碳包覆相比，穿插在V2S3层中的碳层促进了电子在体相中而不仅仅是在V2S3表面上的更快转移，这将有利于电化学动力学过程。同时，V2S3与碳层之间的较大的层间距增加了电极/电解液接触面积，并且缓冲了充电和放电过程中的所产生的体积膨胀。作为锂离子电池的负极材料，该结构表现出出色的电化学性能，包括高放电容量（0.1A g-1时为1040.7mAh g-1），高倍率性能（10A g-1时为554.4mAh g-1）和出色的循环稳定性（在1A g-1下1000次循环后为628.3mAh g-1）。此外，作为钠离子电池负极材料时，在0.1A g-1下，其放电容量约为495.9mA h g-1，且具有出色的循环稳定性（在1A g-1下经100个循环后的容量保留率约为86.5%）。
　　（2）通过一种简便的方法成功地合成了氮化钒纳米颗粒修饰的三维氮掺杂多孔碳（3DNPC/VN）作为锂硫电池的固硫材料。在这种方法中，通过柠檬酸钠的一步碳化获得3D纳米多孔碳骨架。在氮气流下，通过700℃热处理的一般条件，制备出尺寸为5-10nm的超细VN纳米颗粒，并将它们均匀地分散在碳骨架的孔隙中。VN纳米粒子在提高电子导电性、锚定多硫化锂和催化转化反应等方面具有重要作用。在1C的倍率下，3DNPC/VN-S正极的初始循环放电比容量为734mAh g-1,300循环后的可逆容量为615mAh g-1，达到了83.8%的高容量保持率。即使在8C的高倍率下，3DNPC/VN-S正极的放电容量仍可达到687mAh g-1，表现出优异的倍率性能。因此，该策略是设计高性能锂硫电池的有效方法。