过渡金属化合物中的铁氧化物(FeOOH、Fe2O3等)由于其自然资源丰富、理论比容量高、工作电压低等优点被认为是一种极具潜力的电极材料。但是铁氧化物作为锂离子电池负极材料在充放电过程中导电性较差、体积变化较大容易导致电极材料的粉化与脱落。目前对此的解决办法主要是将电极材料纳米化、与高导电性材料复合以及设计独特结构的电极材料。锂硫电池的质量能量密度高达2600 Wh kg-1,是现有锂离子电池体系的3～5倍,被认为是下一代最有希望的锂电池储能设备。但硫及其放电产物的本征电导性较差、在氧化还原反应中存在明显的体积变化,且多硫化物的“穿梭效应”导致了电池容量的逐步衰减、循环和倍率性能不尽人意。而同时具有高极性和高导电性的金属化合物做载硫基体时,能为多硫化物提供丰富的化学吸附位点,对多硫化物的转化有良好的电催化活性,可有效提高硫的利用率、改善电化学性能。本论文采用不同的铁源通过水热法、酸处理超声、管式炉煅烧等方法在氧化石墨烯上制备出不同物相及形貌的羟基氧化铁及其衍生物(FeOOH、Fe2O3、FeP),探索了铁化合物在锂离子电池和锂硫电池领域的应用前景。(1)利用铁氧化物在水热条件下的物相转变构建了 α-FeOOH纳米棒嵌入Fe2O3纳米球中的独特异质结构。作为锂离子电池负极材料时,该材料在1Ag-1大电流密度下循环600圈后容量稳定在～1050 mAhg-1左右,显示出了良好的长循环寿命,这得益于嵌入式结构使电极表面SEI膜中ROCO2Li组分含量下降,成功降低了锂离子在电解液-电极界面上的电荷转移阻抗,加快了电化学反应动力学。(2)采用水热法在氧化石墨烯片上合成类桑葚状Fe2O3自组装颗粒。自组装Fe2O3颗粒作锂离子电池负极材料时,集合了纳米材料和块体材料的优点,平衡了电化学活性和库仑效率两个因素。在0.2 A g-1电流密度下的初始容量比相似尺寸的Fe2O3块体颗粒高了 22.1%,同时SEI膜仅存在于整个颗粒的外部表面,实现了远高于纯量子点电极的库仑效率。(3)以水-甘油为溶剂,采用水热法合成了空心海胆状FeOOH前驱体,进一步在管式炉中磷化得到了多孔的空心海胆状FeP,用作锂硫电池载硫基体。多孔海胆状FeP在0.1 C下循环100圈后容量稳定在～1000 mAh g-1左右,其优良的电化学性能得益于高温磷化过程形成的多孔结构提供了更丰富的多硫化物吸附表面。同时,纳米棒间的组装保证了电极结构的稳定,有利于实现良好的循环稳定性和大电流充放电性能。