钠离子存储设备因其丰富的钠资源、低成本和高能量密度而受到广泛关注。金属氧化物的电化学氧化还原反应为构建用于钠离子存储设备的高容量负极提供了一种新途径。然而,由于循环中大多数负极材料的动力学缓慢以及材料内部结构发生不可逆转的变化,会导致钠离子储能装置倍率性能差、库仑效率低以及不理想的循环稳定性等问题,这让钠离子储能装置在实际应用中仍面临着巨大挑战。本论文着眼于物资丰富、成本低、理论比容量高以及环境友好型的金属氧化物Fe₂O₃,以研究高效储钠的Fe₂O₃负极材料为主要目的,利用石墨烯的高导电性以及高比表面积的二维层状结构,制备合成graphene/Fe₂O₃复合纳米储钠负极材料,同时通过预氧化、掺氮等方法优化复合电极材料的微观结构,进而有效提高其储钠电化学性能。以优化的复合电极材料作负极组装钠离子电池（sodium-ion battery,SIB）和钠离子超级电容器（sodium-ion supercapacitors,SIS）两种储钠器件,研究结果显示该负极材料获得了良好的应用效果。本论文还通过多种电化学方法研究了Fe₂O₃复合材料以及储钠器件的储能机制,为Fe₂O₃复合材料以及钠离子储能装置的实际应用提供了事实依据和理论基础。本论文的研究内容如下:（1）通过一步还原水热法制备合成了graphene/Fe₂O₃（GF）复合纳米材料,尺寸均一的Fe₂O₃纳米颗粒均匀地分布在石墨烯片层上,形成丰富的孔隙,避免了纳米颗粒的团聚,同时提供了丰富的活性位点以及较大的Na存储空间。石墨烯片层的包覆有效增强了材料导电性,同时石墨烯表面与Fe₂O₃的相互键合作用,缩短了电子传输路径,并进一步也增强了电子传导,通过电化学研究表明GF具有良好的储钠性能。在水热过程中,通过加入过氧化氢,进一步探究预氧化过程对GF的复合纳米材料电化学性能的影响。研究结果表明,经预氧化后制备得到的graphene/Fe₂O₃复合材料（HGF）获得更好的储钠电化学性能,在0.1 A g^-1的电流密度下提供了597.1 m Ah g^-1的高可逆放电容量。（2）通过低温水浴和退火处理制备了氮掺杂graphene/Fe₂O₃（N-GF-300）复合材料,其中均相尺寸约为30 nm的Fe₂O₃纳米颗粒均匀地锚固在石墨烯纳米片上。在石墨烯片层结构上氮元素的掺杂增强了Fe₂O₃纳米颗粒与石墨烯纳米片之间的连接,改善了电导率并缓冲材料的体积膨胀,从而实现SIB高容量和稳定的循环性能。测试结果表明:在0.1 A g^-1的电流密度下提供了638 m Ah g^-1的高可逆放电容量,并在高电流密度0.5 A g^-1的条件下循环100圈后保持了428.3 m Ah g^-1的容量,每圈损失率仅为0.08%,证实了N-GF-300用作SIB负极的循环稳定性。将N-GF-300作为负极,石墨烯作为正极组装成有机系非对称SIS,从器件上探究其电化学性能和储能机理。通过多种电化学测试,其研究结果表明:不对称N-GF-300//石墨烯SIS在有机溶液中表现出高能量密度和功率密度,在功率密度为1365 W kg^-1时,能量密度可以达到58 Wh kg^-1。