步入21世纪后,能源危机和环境问题日益突出,例如雾霾,严重影响了国家经济发展和人们的正常生活。清洁能源如风能、太阳能、二次电池等便受到了广泛的关注。其中,锂离子电池作为主要的储能设备,广泛的应用于生活中,如手机、便携式电脑等,但是锂离子电池还远不能满足能源主力消费如汽车等的高能量需求。发展或寻找新型高容量的电极材料成为迫切任务。过渡金属氧化物作为高容量材料的代表,被认为是潜在的锂离子电池高能量电极材料,而且过渡金属氧化物有着复杂的价态和组成,之间的相互作用可以进一步的促进性能提升。但是,氧化物材料本身的缺点,如导电性差、体积效应等也制约着其实际应用。通过设计和构筑具有微纳米结构的过渡金属氧化物可以在一定程度上改善材料性质,同时,研究过渡金属氧化物的形成机理也有助于更好的了解和设计具有特殊结构的材料。本论文的研究工作主要是通过水热法以及水浴等方法对具有微纳结构的电极材料实现可控制备,研究其微纳结构的形成机理并对其锂离子电池电化学性能进行了研究。论文的主要内容包括：(1)通过水热法首次成功的在导电基底泡沫镍上制备了由超薄片组装的Co(OH)F墙阵列。在实验中NH4F是墙阵列形成的重要条件。通过检测不同时间下的产物,提出了墙阵列结构的形成机理-即奥斯瓦尔德熟化逐步结晶自组装并伴随形态转变的过程。在空气中,热解Co(OH)F前驱得到介孔的C0304,进一步的,在C2H2存在条件下,C03O4墙阵列通过化学气相沉积(CVD)的方法转变为碳包覆的CoO墙阵列(即CoO@C)。重要的是,在CVD过程中,接近泡沫镍基底的地方形成了类似洋葱结构的石墨化的碳,可以加强材料的导电性。分别对C0304和CoO@C墙阵列结构进行了电化学测试,在500 mA g1的电流密度下,经过60圈循环,CoO@C和Co304的放电容量为804和697mAh g-1,分别是第二圈放电容量的84%和63%。由超薄片组装的CoO@C墙阵列具有快速的电子传输和优秀的结构稳定性。正是因为墙阵列结构拥有这些优势,CoO@C墙阵列展现出了好的倍率性能和循环性能。(2)首次报道了用温和水浴法合成形貌可控的Co2V2O7·nH2O六方片。在反应中,六亚甲基四胺(HMT)的量是六方片形成的关键因素。通过对其形成过程研究发现,六方片的生长是通过HMT存在下胶束辅助奥斯瓦尔德熟化过程实现的。通过调节反应中HMT的量,可以对样品尺寸和形貌进行控制。通过在空气中高温煅烧Co2V2O7·nH2O前驱体,得到多孔Co2V2O7六方片。当作为锂电负极时,展现了优异的电化学性能(多孔Co2V2O7六方片在500 mAg-1的电流密度下经过150圈循环可以得到高达866 mAh g-1的可逆容量和经过倍率测试电流密度恢复至2 A g-1经过580圈循环后可逆容量为520mAh g-1)。优异的电化学性能主要得益于其独特的结构和不同金属离子之间的协同作用。(3)大多数的空心结构需要借助模板等方法合成,但是,在本工作中,作者证实,在不添加模板或表面活性剂的前提下,在存在一定量NH4+(如NH4Cl、 NH4F等)的水溶液中,控制合成了尺寸和形状可控的一种新相钒酸钻六方纳米铅笔。通过精确调控溶液中OH-离子的浓度,控制合成了长度从5到20μm的六方纳米铅笔,而且实现了从实心子铅笔到空心结构的转变；通过对比实验,验证了空心结构的形成是由于NH4+对特定晶面的选择性吸附而造成,而不是因为OH-的刻蚀。该工作对合成其它新结构具有重要的指导性作用。因其独特的结构和不同金属离子间的协同效应,该结构作为锂离子电池的负极材料,展现了优异的电化学性能(在500 mAg-1电流密度下循环255圈,其放电比容量为847mAh g-1)。进一步的,在碱性溶液中,通过腐蚀得到了V-Co3O4八面体组装的空心纳米铅笔,并对其结构进行了表征,同时V-Co3O4也展现了优越的电化学性能。