层状钒氧基化合物材料在储能、节能、催化、光电开关以及传感器件等领域有着广泛的用途和应用前景。本论文以层状五氧化二钒及钒青铜化合物为主要研究对象,利用合适的化学制备方法合成了五氧化二钒多级纳米结构及不同种类、形貌的钒青铜,考察了所得层状钒氧化合物的电化学性能,探讨钒氧基化合物的晶体结构、形貌与性能之间的关系。主要研究内容和结论如下:1.采用溶剂热和热处理结合的方法,通过调节溶剂热的反应时间,实现了形貌各异的由小颗粒组成的V₂O₅多级纳米结构材料的制备。在溶剂热反应过程中,产物形貌随时间发生改变是由于发生了奥斯瓦尔德熟化过程。由于V₂O₅多级纳米结构材料稳定性高、有利于电荷传递,其作为锂离子电池的正极材料展现出较高的放电比容量（276.3 mAh/g）、良好的倍率性能和循环稳定性,在1200mA/g电流密度下,循环80次后容量保持率为78.31%。2.以偏钒酸铵和甲酸为原料,采用水热法合成了方砖状的新型铵钒青铜。对新相进行表征分析得出化学式为（NH₄）_0.6V₂O₅,并对（NH₄）_0.6V₂O₅的形成过程和合成条件进行了探讨,得出（NH₄）_0.6V₂O₅是NH₄V₄O₁₀和VO₂（D）的中间相。将方砖状的（NH₄）_0.6V₂O₅作为锂离子电池的正极材料进行研究,结果表明新相铵钒青铜在有机电解液中对Li⁺脱嵌可逆,具有较高的放电比容量（280.2 mAh/g）。3.以偏钒酸铵和硼氢化锂四氢呋喃溶液为原料,采用水热法合成片状的铵钒青铜（NH₄）_0.6V₂O₅。与以甲酸为还原剂相比,以硼氢化锂溶液为还原剂的水热合成温度较低,并且所合成铵钒青铜的形貌较小。同时,片状（NH₄）_0.6V₂O₅作为锂离子电池正极材料的放电比容量,循环性能及倍率性能优于方砖状的（NH₄）_0.6V₂O₅。此外,为了探索新相铵钒青铜（NH₄）_0.6V₂O₅的其他应用,通过调节真空度和退火温度,将片状的（NH₄）_0.6V₂O₅转换成了具有孔隙结构的纯相VO₂（M）,两相转变是由于（NH₄）_0.6V₂O₅受热分解产生NH₃,随后NH₃将V⁵⁺还原成V⁴⁺。所得VO₂（M）粉体制成的薄膜具有好的热致变色性能,在2500 nm波长处的红外调节率为56.6%,可见光透过率可达27.89%。4.以五氧化二钒和硝酸镁水合物为原料,采用水热法合成了方块状的镁钒青铜σ-Mg_0.25V₂O₅·H₂O。对方块状的σ-Mg_0.25V₂O₅·H₂O的储锂性能进行了研究,由于层间的结晶水扩大了层间距,拓宽锂离子扩散通道以及二价Mg²⁺与氧形成较强的离子键,将相邻层更好的连接起来,因此,所制备的镁钒青铜电极展现出高的放电比容量（294.2 m Ah/g）以及在高电流密度下稳定的循环性能。在电流密度为800 mA/g时,循环400次后,平均每次循环衰减率仅为0.053%。5.以五氧化二钒和硝酸钙水合物为原料,采用水热法合成了钙钒青铜δ-Ca_0.24V₂O₅·H₂O纳米棒。通过真空退火处理,将δ-Ca_0.24V₂O₅·H₂O转变成了纯相的β-Ca_0.24V₂O₅·H₂O。两种钙钒青铜作为锂离子电池的正极材料均表现出高的放电比容量,好的倍率性能和优异的循环稳定性。与水合钒青铜相比,虽然β-Ca_0.24V₂O₅·H₂O纳米棒比容量相对较低,但展现出更好的循环稳定性（在500mA/g电流密度下,循环500次平均每次循环衰减率仅为0.035%）,归因于两者晶体结构存在差异。此外,对两种钙钒青铜在充放电过程中的结构变化进行了分析,δ-Ca_0.24V₂O₅·H₂O电极在第一次循环后会转变成β相,归因于锂离子在嵌入和脱出过程中导致了晶体滑移,而β-Ca_0.24V₂O₅在循环过程中结构保持不变,得益于其稳固的隧道结构。