过渡金属化合物用作锂/钠离子电池负极材料具有高比容量,有望代替商业化的石墨类负极材料,更好地为电子设备、电动汽车提供能量。然而,这类材料在充放电过程中存在粉化以及导电率低的缺点,导致其循环稳定性、倍率性能变差,难以满足在电池中的实际应用。为了提高电化学性能,目前主要有两种方案:一是设计精巧的结构,如各向异性的多维金属化合物纳米结构,以改善与电解液/集流体接触,提高电导率;二是设计核壳型碳包覆过渡金属化合物,碳壳层的存在不仅提高电导率,同时有利于缓冲体积变化。事实上,上述两种方案均有局限性,如果将两种方法结合起来,设计各向异性的核壳型多维碳包覆金属化合物纳米结构对于促进实际储能应用具有重要意义。然而,如何设计该结构是一个难点。本论文提出一种设计各向异性的核壳型多维碳包覆金属化合物纳米结构的新理念,通过有机金属热解所形成碳包覆纳米晶的定向搭接(OrientedAttachment,简称OA)生长,实现三种不同形貌结构的多维碳包覆纳米晶的构筑:碳包覆硫化锰(MnS@C)分枝状纳米链、碳包覆四氧化三铁(Fe3O4@C)纳米片和碳包覆铁硒化合物(Fe3Se4&Fe7Se8@C)纳米片。考察三种样品不同阶段中间产物的形貌、结构、晶型、位错等关键信息以及纳米晶对碳包覆层催化生长的控制规律,阐明碳包覆纳米晶OA生长的微观机制和内在本质,建立多维碳包覆纳米晶的构筑模型:首先,有机金属热解为金属团簇和有机碳簇;然后金属团簇与O、S、Se元素反应形成金属化合物初级纳米晶,与此同时有机碳簇包覆在初级纳米晶表面,形成无定形碳层。与金属相比,金属化合物的催化活性较低,因此初级纳米晶表面不能被碳层完全包覆,裸露的晶面倾向于相互搭接降低体系的表面能。随着搭接的不断进行,最终长成各向异性的核壳型多维碳包覆金属化合物纳米结构。三种材料均表现出良好的电化学性能。作为锂离子电池负极材料,MnS@C纳米链展现了较高比容量和长循环寿命。在500 mAg-1电流密度下,其首次可逆比容量为318 mAh g-1且经过800次循环仍能保持在200 mAh g-1左右。Fe3O4@C和碳包覆铁硒化合物不仅具有高的储锂性能,而且展示了优异的储钠性能。作为锂离子电池负极材料,在500 mA g-1电流密度下,Fe3O4@C纳米片的可逆比容量为600 mAh g-1左右,经过100个循环后容量不衰减;而在相同电流密度下,碳包覆铁硒化合物的可逆比容量在900 mAh g-1左右,经过200次循环后高达1156 mAh g-1。作为钠离子电池负极材料时,在500mAg-1电流密度下,Fe3O4@C纳米片和碳包覆铁硒化合物的可逆比容量分别为100和380 mAh g-1左右,而且两种材料都表现出了非常好的长循环性能。