在如今能源与资源问题日益严重的大环境下,锂离子电池成为正在研究的热点,在各种电子设备中广泛应用。由于地球上锂资源储量有限,锂盐的价格也越来越高,钠、钾作为与锂同主族的碱金属元素,分布广泛、资源丰富、成本低廉,也是未来二次电池的发展方向。本论文利用水热法对氧化石墨烯进行硫、氮掺杂,并且将氮掺杂氧化石墨烯与二氧化硅和二硫化钼等材料相复合,制备出三维石墨烯复合材料,将其分别运用于锂、钠、钾离子电池中,测试电化学性能。具体研究内容如下:（1）硫、氮双掺杂石墨烯气凝胶的制备及其电化学性能研究。通过改进的Hummers法制备出氧化石墨烯（GO）悬浮液,并将硫脲直接加入GO中一步合成硫、氮双掺杂石墨烯气凝胶材料,测试其微观结构并进行分析,可以看出材料内部混乱度很高,孔洞较多。电化学测试显示硫脲和GO的投料比为3:1时,材料性能优于其他两组,表明此投料比能最大程度增加材料储锂活性位点而不破坏氧化石墨烯结构。（2）二氧化硅/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料制备及其电化学性能研究。将GO与甘氨酸、二氧化硅一同作为原料,一步水热合成了二氧化硅/氮掺杂石墨烯气凝胶（Si O₂/NGA）复合材料。对材料的微观结构进行观察分析,发现材料内部呈现石墨烯薄片交错堆叠而成的三维多孔网状结构,Si O₂纳米颗粒不规则的附着在上面。将复合材料作为锂离子电池负极进行电化学测试,发现Si O₂和GO的投料比为2:1时,不管在恒电流循环还是在倍率测试中,性能都是最突出的,表明合适的负载量能在提供储锂活性位点和缓解体积膨胀之间达到一个很好的平衡。之后对材料进行赝电容计算,进一步探究了材料的储锂机制。（3）二硫化钼/氮掺杂石墨烯气凝胶复合材料制备及其电化学性能研究。先用钼酸铵和硫脲水热得到二硫化钼,再将二硫化钼、氧化石墨烯、甘氨酸作为原料,一步合成二硫化钼/氮掺杂石墨烯气凝胶（Mo S₂/NGA）复合材料。通过氮气吸脱附和热重曲线分别测试了比表面积、孔径分布和二硫化钼的负载量。将其作为电池负极材料,应用于钠离子和钾离子电池,都显示了优异的循环稳定性和倍率性能。且对比实验显示,Mo S₂和GO的投料比为1:2时,材料拥有最优电化学性能。动力学分析表明,材料的优异性能不仅来源于合金化的离子储存机制还有表面和界面工程的协同作用。本文共有图35幅,表5个,参考文献108篇。