由于自然界中钠资源储量丰富且成本低廉,钠离子电池（SIBs）有可能成为下一代大规模的储能系统之一。正负极材料作为钠离子电池的核心组成部分对SIBs的性能影响至关重要。现阶段适用于SIBs的多数电极材料为无机材料。然而,由于钠离子的半径较大,无机材料通常对Na+的嵌入表现出较高的化学惰性,导致循环性能较差。另外,其回收策略很有限,且这些回收策略往往需要消耗大量的能源,这也不太符合当前“碳达峰”和“碳中和”的发展目标。与传统的无机电极材料相比,有机电极材料因其柔性的有机骨架易于钠离子传输、具有高比容量以及结构多样性等特点而具有广阔的研究前景。随着SIBs的快速发展,有机电极材料的研究也取得了较为显著的进步。目前有机电极材料在电化学性能上可以与无机材料相媲美。然而,当前大多数的有机电极材料仍存在导电性差、易溶于电解液中以及氧化还原位点有限等一系列问题,这也阻碍了有机电极材料的实际应用。考虑到有机材料的性质可以通过对其结构的调控得到调整,因此,这些问题有望通过合理的分子设计工程得到解决。在本论文中,我们设计并合成了一系列功能化的有机小分子羧酸盐作为SIBs的负极材料。通过核磁、质谱和红外等表征方法对其分子结构进行了表征。最后将所得到的材料组装成电池,进一步研究了其电化学性能以及在SIBs中的电化学机理。具体研究结果如下:1.设计并合成苯基吡啶二羧酸盐作为钠离子电池负极材料:从分子水平出发,设计并合成了一组基于苯基吡啶二羧酸的异构体（Na-CPP和Na-CPN）。结构上,Na-CPP和Na-CPN具有扩展的π共轭结构及杂原子N,二者的区别在于N原子在苯基吡啶中所处的位置。将其分别组装电池,通过CV测试,结合FT-IR、XPS等表征,确定了Na-CPP和Na-CPN在SIBs中的电化学反应机理。Na-CPP显示出高达197 m Ah g-1的可逆容量。即使在100 m A g-1循环350次后,其容量仍能保持初始值的99.1%。在5C的电流密度下循环1200次后,Na-CPP仍保持高达89.9%的容量率。相比之下,Na-CPN因其较大的极化、粒径和电荷传输阻力而表现出较差的电化学性能。2.利用异构体混合策略来优化有机电极材料的结构提高其电化学性能:将CPP和CPN两种有机异构体以不同的比例混合,然后用Na OH碱化作为SIBs的有机负极材料。以最优比例（CPP:CPN=3:1）混合后的材料作为负极获得的初始库仑效率（ICE）值比使用单组分的要高。混合后的材料在935 m A g-1下循环1200次后容量保持率为92%。与单组分Na-CPP和Na-CPN负极材料相比,混合后的材料呈现出更均匀的形貌,增加了与电解液的接触面积,减少了不可逆的副反应。同时表现出优异的电化学性能。据我们所知,这是首次在传统SIBs中混合两种异构体作为有机负极材料,这一策略可能为未来有机电极材料的发展提供新的思路。3.具有调控多电子氧化还原能力的菲咯啉二羧酸盐作为钠离子电池负极材料:设计并合成了一种新型有机小分子1,10-菲咯啉-二羧酸盐（S-PD）应用于钠离子电池负极。邻菲咯啉大的平面共轭结构增强了分子间相互作用,有利于Na+扩散,从而改善了S-PD电极的扩散动力学。研究发现,除了羧酸盐可以存储2个Na+外,菲咯啉上的N原子也可以为Na+提供额外的存储位点。因此,优异的扩散能力、快速的反应动力学使其表现出252 m Ah g-1的高放电容量,并在2.0C的电流密度下的长循环中表现出126 m Ah g-1的高可逆容量。