化石能源的日益枯竭以及在使用过程中会产生大量有害气体等原因无法满足可持续发展的要求,寻求一种有效应对能源危机的方法己经迫在眉睫。锂离子电池具有较高的能量密度,低自放电率和较长的循环寿命,是储能领域应用最为广泛的技术之一。随着人们对于高性能锂离子电池需求的日益增加,目前商用的锂离子电池性能逐渐不能满足人们的需要。具有优异储锂性能的新型负极材料是实现高性能锂离子电池的重要途径之一。石墨是目前商业化应用最为广泛的负极,然而其理论比容量仅有372 m Ah g-1。因此,设计和制备具有高比容量、长循环寿命和高的倍率容量的新型锂离子电池负极至关重要。层状过渡金属硫化物,由于其独特的二维层状结构,能有效促进锂离子的嵌入和脱出,使其成为一类广受关注的负极材料。其中二硫化钼由于具有较高的理论比容量、储量丰富和成本低廉而被广泛研究。但受限于低的电导率和充放电过程中化学结构的变化,导致倍率性能和循环稳定性较差。基于此,本文从形貌调控、电极结构设计和元素掺杂三个方面入手对二硫化钼进行可控制备及储锂性能优化。首先设计并制备了碳纳米线阵列修饰的碳布作为基底材料,后续在该基底上合成了具有垂直取向的锰掺杂二硫化钼纳米片。该样品以碳纳米线修饰的碳布作为基底大大提高了复合电极整体的导电性,超薄的纳米片能够为锂离子的嵌入和脱出提供更多的空间,有效缓解充放电过程中化学结构的变化。最后理论计算证实锰掺杂降低了锂离子在二硫化钼中的扩散能垒,结合交流阻抗分析,发现锂离子在锰掺杂二硫化钼中扩散系数显著提升。同时,单层的锰掺杂二硫化钼的电子结构带隙明显变窄,表现出金属特性,表明经过掺杂后二硫化钼电子电导率提高。以该样品作为负极,在0.1 A g-1电流密度下具有1280 mAh g-1的初始比容量,在2 A g-1的大电流密度下比容量仍然保持在920 m Ah g-1,在1 A g-1的电流密度下循环充放电1000次后可逆容量仍能保持初始容量的71%,展现出较好的循环稳定性和倍率性能。理论计算和电化学性能测试的结果表明强化二硫化钼的载流子传输性能,即提升二硫化钼本征电子/离子电导率是一种有效的改善倍率性能和循环稳定性的策略。二硫化铼是近来研究较为火热的一种二维层状过渡金属硫化物,其具有极弱的层间耦合能和较高的理论比容量,同时还具有较高的催化析氢活性。这些特性为二硫化铼在锂离子电池和电催化析氢领域的应用提供了可能。然而,由于二硫化铼自身的半导体特性,较低的电导率阻碍了二硫化铼电化学性能的提升。本文从提升二硫化铼电导率出发,设计并制备了一种碳纳米线阵列上原位垂直生长钼掺杂二硫化铼纳米片复合电极。根据电催化析氢测试,该材料在-10 m A cm-2时表现出101 m V低的过电位,Tafel斜率低至40 m V dec-1,并且具有良好的稳定性。同时,作为锂离子电池的负极,它具有高的比容量(在0.1 A g-1下为1278 m Ah g-1)和较好的循环稳定性和倍率容量(在5 A g-1下为426 m Ah g-1)。结合实验和理论计算对钼掺杂带来的性能提升进行解释,证实通过钼掺杂可以改变二硫化铼的半导体特性,单层钼掺杂二硫化铼的电子结构带隙变窄,表现出金属特性,电子电导率显著提升。同时锂离子在钼掺杂二硫化铼中的扩散能垒有明显的降低,另一方面经过钼掺杂,二硫化铼催化活性位点的氢吸附自由能明显降低。