因独特的电子结构和多型性特征,过渡金属硫、硒化合物及其复合材料富有多种功能和卓越前景,近年来广受关注。特别在能源转化与储存等研究和应用领域,如电催化水解产氢和产氧、超级电容器、锂离子和钠离子等多种离子电池等体系中,过渡金属硫、硒化合物及其复合材料有着巨大的发展潜力。其中,二元、三元过渡金属硫、硒化合物的组成和结构相对不太复杂,并且其电化学等相关性能极易因材料的组成、形态、微观结构、甚至电子结构等参数的改变而得到有效的调控和优化,这便极大地丰富了二元、三元过渡金属硫、硒化合物及其复合材料在能源转化与储存等领域的发展空间。本论文旨在通过胶态的热液注射等湿化学合成方法控制制备出多种结构新颖的二元、三元过渡金属硫、硒化合物及其复合纳米材料,研究其组成、结构、及构效关系,调控和优化所制备的过渡金属硫、硒化合物纳米材料的电化学反应活性,提高其在能源转化与储存中的理论和应用性能,进而挖掘和拓展材料的实际开发价值。本论文取得的主要研究进展如下:1.发展了一种具有异质结构特性的复合纳米材料的热溶注入合成方法,实现MoSe2/Bi2Se3复合纳米材料的控制制备。通过将拓扑绝缘体引入到电化学活性材料中,用以提高活性材料的综合性能,拓展所制备复合材料在电催化产氢和超级电容器方面的应用。在MoSe2/Bi2Se3中,Bi2Se3是表面具有金属特性的拓扑绝缘体,MoSe2纳米片则均匀地覆盖在六方片Bi2Se3衬底的所有表面上。XPS和UPS数据证实了 MoSe2/Bi2Se3中异质结的构建有利于材料内部电子结构的调控,即电子可由Bi2Se3转移至MoSe2进而提高活性物质的导电性能。同时,复合物的形成还增加了活性材料的反应位点、增大了其有效比表面积。基于此,MoSe2/Bi2Se3呈现出了优异电化学性能。在0.5 M的H2SO4电解液中,当向复合材料组装的电解槽施加300 mV(RHE)的过电位时,电极的产氢电流密度可高达85 mV cm-2,远优于相同条件下MoSe2+Bi2Se3机械混合物,以及纯相MoSe2和Bi2Se3的HER性能。此外,在3 M的KOH电解液中搭建超级电容器测试装置,于1 A g-1和20 A g-1的电流密度下,MoSe2/Bi2Se3的比容量分别为1451.8 F g-1和750 F g-1,是纯相MoSe2电极的2倍、纯相Bi2Se3电极的3倍,并且该复合材料还具有优异的充/放电循环稳定性能。2.发展了 ZnSe/MoSe2复合纳米材料的一步胶体合成法,制备出一种由ZnSe量子点原位修饰的单层多孔MoSe2纳米异质结构复合材料(复合物-S),研究分析该复合物-S的电催化产氢和超级电容器性能。制备中,借助原位生长的ZnSe量子点,可以将天然堆叠的MoSe2基质彻底分离成柔软的超薄纳米片,这些铺展开的纳米片具有多孔、单层结构,能尽可多地暴露出反应活性边界。此外,对于复合材料,深入的研究表明,由于异质结构的存在,电子可不断地由ZnSe转移至MoSe2进而有效地活化电极和电解液的接触界面。得益于同步进行的微观结构优化和电子结构调控,双修饰的MoSe2基复合物-S具有更多的活性位点、更大的有效比表面积、更小的体积变量、更稳定的机械结构、更短的电子/离子扩散路径、以及更加充足的电极/电解液反应界面,即,该双修饰的MoSe2基ZnSe/MoSe2复合物-S拥有优异的反应热力学和动力学特征。在0.5 M的H2SO4电解液中,ZnSe/MoSe2复合物-S的HER起始过电位仅为60 mV(RHE),塔菲尔斜率仅为49 mV dec-1,当电流密度达到50 mA cm-2时所需过电位仅为200 mV(RHE),远优于仅具电子结构调控以及没有任何修饰的MoSe2基电极材料的HER性能。对于超级电容器,在3M的KOH电解液中,复合物-S 在 1 A g-1、2Ag-1、4Ag-1、5Ag-1、6Ag-1、8A g-1、10 A g-1、15A g-1 和 20 A g-1时的比容量分别高达1100 F g-1、1000 F g-1、875 F g-1、820 F g-1、802 F g-1、741 F g-1、699 F g-1、607 F g-1和520 F g-1,并且具有优异的循环稳定性能,在过渡金属硫、硒化合物体系中名列前茅。3.发展了一种合成具有亚稳相结构硫化镍的一步胶体反应方法,制备出了均匀单分散的Ni3S4纳米棒,在此基础上,采用溶剂自组装法,首次提出了单分散Ni3S4纳米棒/类石墨烯状C3N4纳米片/氮掺杂石墨烯(m-Ni3S4 NRs/g-C3N4 NS/N-G)范德华异质结构三元纳米复合材料,测试并分析了所有产物的电催化全水解及钠离子电池性能。研究发现m-Ni3S4 NRs本身就是一种优异的多功能能源材料,但其应用潜力受到Ni3S4导电性差、易于团聚和较大体积膨胀等特性的影响。当引入提高导电性的N-G和缓解体积膨胀的g-C3N4 NS组份后,所形成的m-Ni3S4 NRs/g-C3N4 NS/N-G三元复合物结构坚固,其内部及表面的电子和离子具有较短的扩散路径,较小的扩散阻力和较快的传输速度,这将同时在动力学和热力学上帮助电解液迅速接触并与材料的活性位点发生反应。特别地,在三元复合物中,类石墨烯状C3N4与氮掺杂石墨烯通过范德华作用力相互缠绕形成三维多孔结构,而Ni3S4纳米棒则巧妙地嵌入在C3N4内部,该种结构将在很大程度上改善甚至消除材料中活性物质在电化学反应过程中团聚、脱落、不可逆体积膨胀以及机械结构被破坏等现象。基于此,在水解反应中,三元复合物的HER起始过电位仅为40 mV(RHE);为了达到10 mA cm-2的电流密度,其需施加的OER过电位仅为1.47 V(RHE),需施加的全水解电位仅为1.51 V。对于钠离子电池,三元复合物在100 mA g-1的电流密度下比容量甚至高达670 mAh g-1,除此之外,该电极还拥有良好的倍率性能和循环稳定性。4.发展了一种用于制备双过渡金属硒化物的简易的一步回流胶体法,筛选出了合适的有机金属前驱源,成功得到了 Fe2NiSe4和Fe2CoSe4的纳米片,解决了双金属硒化物三元纳米材料难于制备的问题,测试并分析了这两种材料的锂/钠离子电池性能。实验中XRD、IPC和XPS等物相分析结果说明了所制备的Fe2NiSe4和Fe2CoSe4均为纯相,没有任何杂质生成。为进一步了解所制备样品内部的电子结构等特征,还利用同步辐射光源测试了 Fe2NiSe4和Fe2CoSe4的紫外光电子能谱(UPS),分别得到了这两种材料的价带位置和功函等数据信息。电化学测试结果表明,Fe2NiSe4在200 mA g-1电流密度下的储锂比容量高达～1050 mA h g-1,在100 mA g-1电流密度下的储钠比容量高达～670 mA h g-1;Fe2CoSe4在200 mA g-1电流密度下的储锂比容量高达～950 mA h g-1,在100 mA g-1电流密度下的储钠比容量高达～650 mAh g-1。此外,这两种样品均具有优异的倍率性能和耐用性能,在经过长达上千圈的循环之后,其容量并没有发生明显的衰减。以上均表明Fe2NiSe4和Fe2CoSe4是极具潜力的锂/钠离子宿主体材料。