开发高转化效率、多用途的锂离子储能设备至关重要。但是,由于地壳中有限的储量和巨大需求之间的矛盾阻碍了锂离子电池未来更大范围的应用。对于未来急需的大规模储能装置而言,开发高性能钠离子电池或成为解决上述矛盾的方法之一。针对于目前锂/钠离子电池仍需关注能量密度不足和导电性差等问题。本论文研究工作主要通过设计电极材料的形貌和结构显著提高Fe₃C和Mo₂C作为二次电池负极材料时的离子扩散能力和电子导电性,进而改善过渡金属化合物作为负极材料时的储锂/钠性能,主要研究工作摘要如下:一、提出了溶胶-凝胶策略制备富缺陷碳包覆Fe₃C颗粒负极材料的新方法,通过对得到的凝胶前驱体烧结处理,增加碳原子表面的缺陷结构,从而显著增加锂离子在脱嵌过程中的反应活性位点,提升材料的倍率性能。得到的富缺陷碳包覆的Fe₃C纳米颗粒负极材料在电流密度为1 A g^-1时容量稳定在215 mAh g^-1,在10A g^-1的大倍率下可逆容量为128.8 mAh g^-1。基于Fe₃C和活性炭（AC）构筑的锂离子混合电容器在功率密度为200.0 W kg^-1时可实现187.8 Wh kg^-1的能量密度,上述优异的电化学性能主要归因于电极表面存在的离子反应位点提供额外的电化学容量以及开放的结构有效加强了离子输运能力,使电极材料的倍率性能显著提升,展现了优异的锂离子储存性能。二、以钼酸铵和4-氯邻苯二胺为原料,经过简易水解反应以及烧结过程合成了Mo₂C纳米颗粒组装的层状Mo₂C纳米片材料。相互连接的层状纳米片提供了快速的电子转移通道,提升了钠离子迁移动力学,同时相互连接的Mo₂C纳米颗粒限制了电极材料体积的变化,使电极保持了精心设计的结构。在0.5 A g^-1的电流密度下层状Mo₂C纳米片经过1200次循环依然具有稳定的循环寿命,以Mo₂C为负极,AC为正极的钠离子混合电容器实现了112 W kg^-1的功率密度和76.1 Wh kg^-1的能量密度,经过4000次长循环后容量保持率为83%,是非常具有潜力的钠离子储能负极材料。三、利用NaCl作为模板首次制备了三维异质多孔碳锚定Mo₂C纳米颗粒结构作为钠离子储能负极材料。解决了传统材料活性位点利用率低,离子迁移过程缓慢的问题,相互连接的三维多孔结构为钠离子的脱出嵌入提供了足够的迁移通道。另一方面,多孔碳锚定碳化钼纳米颗粒结构也增强了电极材料的电子导电性,使其具有非常优异的钠离子储能特性。在电流密度为1 A g^-1下经过2500次充放电后仍展现了190.6 mAh g^-1的可逆容量,通过恒电流间歇滴定测试以及赝电容计算发现三维异质多孔结构的设计显著增强了钠离子扩散动力学。通过以三维异质多孔碳锚定Mo₂C纳米颗粒为负极,AC为正极构建钠离子混合电容器,器件展现了130.2 Wh kg^-1的能量密度以及最高30000.0 W kg^-1的功率密度,经过10000次循环后容量保持率为88.9%,为开发高性能钠离子负极材料提供了新方向。