一直以来,电子和离子输运行为的研究是人类解决材料本征结构和功能关系的核心环节。随着材料纳米化低维化的快速发展,二维组装薄膜因其维度受限、高比表面积、易于调控等诸多优点,成为电子和离子输运行为研究完美的材料平台。通过对二维组装薄膜进行物理和化学手段的修饰,有望实现电子和离子输运行为的有效调控,从而最终实现二维组装材料的功能最优化。在本论文中,作者基于电子和离子输运特性为研究对象,获得了相关二维组装薄膜电学,磁学,光学行为的有效调制,最终获得了新奇的电子输运特性和优秀的电化学性能。具体来说,作者利用价态调控、氧缺陷、高分子组装等多种方法,使得基于二维纳米组装薄膜响应性和功能性显著增强。本论文为二维组装薄膜电子和离子输运的调制策略并实现优秀的机敏响应和电化学性能提供了新的思路。论文的主要内容包括以下几个方面:1.迄今为止,电子态转变尤其是金属绝缘体相变（MIT）提供了众多电子输运特性,在能源应用和智能器件中引起了很大的关注。但是直到目前很少有金属氧化物具有在室温附近的电子态转变。作者基于价态调控二维δ-MnO₂,首次在实验上实现了二维面内Mn（Ⅲ）-O-Mn（Ⅳ）锰氧双交换结构,实现了在室温附近的金属绝缘体转变,带来了新奇的电子输运特性。作者还通过同步辐射X射线精细吸收光谱解析了 MnO₂中Mn（Ⅲ）-O-Mn（Ⅳ）精确的局域结构,发现具有双交换结构的二维二氧化锰实现了在0.1 T磁场下-11.3%的负磁阻值,是目前二维纳米材料中负磁阻在室温附近的最高值。并且,具有面内Mn（Ⅲ）-O-Mn（Ⅳ）锰氧双交换结构的二氧化锰纳米片在270-290 K附近实现了7.1%红外透过率变化的响应。限域的双交换结构实现了电子态的调制,获得了新奇的磁输运性质和智能器件中的机敏响应。2.目前,设计有序离子通道成为构建高性能能源存储器件并提高本征电容行为的关键。两性聚电解质PPDP同时具有有序离子通道,高保水性能和良好的机械性能,有利于二维组装薄膜实现良好的电化学性能。作者基于二维石墨烯薄膜和两性凝胶电解质PPDP构建有序离子通道,提高了其电容行为。其中PPDP的两性基团在外加电场的诱导下能够形成独特的离子通道,有利于凝胶电解质中盐离子的传输;同步辐射软X射线近边吸收谱证实了两性凝胶电解质在外加电场的情况下两性基团具有有序性。同时,每个两性基团可以与8个水分子结合形成水化层,使两性凝胶电解质PPDP具有良好的保水特性,极大的提高了二维石墨烯基全固态超级电容器的电化学性能。当将聚两性凝胶电解质用于二维石墨烯基固态超级电容器后,在0.8 A·cm^-3的电流密度下,实现了 300.8 F·cm^-3的比容量,并且电流密度增大25倍之后,仅有14.9%的比容量损失,达到了目前二维石墨烯基固态超级电容器的最优值。在10000次充放电循环后具有103%的比容量,表现出优秀的循环性能。构建电解质中有序离子通道为设计新型基于二维材料的高效能源存储器件提供了新思路。3.二氧化锰本身较低电导率阻碍了其在电催化中的实际运用。作者受到前面工作的启发,基于氧缺陷工程调控δ-MnO₂电学行为实现增强的电催化性能。具体来说,我们通过引入氧缺陷的方法成功调制了二维δ-MnO₂纳米片的电学行为,提高了其导电率并同时减少带隙,最终获得了氧还原性能的提高。我们还采用同步辐射软X射线近边吸收谱确认了氧缺陷产生的同时发生了注入电子的过程,Mn的3d电子部分转移到O的2p轨道,产生了明显的调制作用。含氧缺陷的二维MnO₂在1600 rpm转速下实现了-2.68 mA·cm-2的极限电流密度,较未处理的二维MnO₂样品的-1.64 mA·cm-2有明显的提升。含有氧缺陷的二维MnO₂样品的半波电位,比处理的二维MnO₂样品有12 mV的提升。我们期望,通过氧缺陷工程对二维材料的电子结构进行调控能够成为一种实现增强氧还原性能的有效途径。