二维纳米材料由于其独特的结构和表面性质会大幅度提升材料的电化学性能。但二维纳米材料在使用中易于自堆叠,导致其独特的二维特性不能得到充分发挥。二维纳米材料组装分级结构不但能够最大限度的发挥出二维纳米材料自身的特性,而且这种结构还非常稳定,是一种发挥二维纳米材料优势的理想结构。本论文针对非层状过渡金属化合物二维纳米结构的合成难点,采用液相法直接合成出由具有层状结构的金属离子有机前驱体,前驱体是由纳米片组装的分级结构。通过煅烧得到形貌完美保持的过渡金属化合物（氧化物/碳化钼）分级结构。由于获得的这类三维分级结构具有比表面积大、二维纳米材料的结构优势以及结构稳定等优点,可以把它们用做能源存储与转换电极材料,包括锂离子存储、赝电容和电化学催化析氢。首先采用Fe离子与乙二醇分子在高温液相条件下配位形成具有片状形貌的螯合物方法合成出Fe与乙二醇螯合前驱体两种典型的形貌,即纳米片组成的微米花以及平行纳米线捆束成的微米棒,随后对获得的前驱体在惰性气氛下煅烧可以得到形貌完整保持的Fe₃O₄微纳米结构。通过简单的金属离子交换方法可以制备出Cu掺杂的Fe-乙二醇前驱体,在空气中煅烧可以获得自堆叠状双相Cu Fe₂O₄-Fe₂O₃多孔纳米片。另外,合成Fe基多孔金属氧化物三维分级结构的方法可以有效地拓展到其他过渡金属氧化物体系。如成功合成出堆叠状的Mn-乙二醇纳米薄片并煅烧获得Mn₃O₄堆叠多孔微米片。由于制备的这类三维分级结构具有比表面积大、孔径分布广、组成单元细小等一系列优点,这使得通过前驱体间接转换方法获得的过渡金属氧化物分级结构表现出非常优异的储锂性能,包括高容量、高倍率和高循环稳定性。如Fe₃O₄微米花在500 m Ag^-1的电流密度下的可逆容量高达964.3 m Ah g^-1,并且循环100圈后容量基本没有衰减,更为重要的是在电流密度高达8 Ag^-1下容量仍能保持在487 m Ah g^-1。为了进一步提升Fe₃O₄的储锂性能,对三维分级结构进行了空心化。发展了一种简便的混合溶剂热法来合成Fe离子与丙三醇螯合的Fe-丙三醇螯和分级空心球,这些空心球是由超薄纳米片自组装而成。基于最初形成的Fe-异丙醇到Fe-丙三醇的同步化学成分与结构转变过程,提出一步自模板机制解释了这种空心球的形成机制。获得前驱体煅烧可以转变成形貌完整保持的Fe₃O₄分级空心球。由于其结构优势明显,合成出的Fe₃O₄空心球表现出非常优异的储锂性能,包括高容量(500 m Ag^-1下可逆容量为1063 m Ah g^-1)、高稳定性（循环100次容量保持94%）和高倍率(10 Ag^-1下可逆容量为457 m Ah g^-1)。进一步对混合溶剂热法合成空心结构的体系进行拓展,发现在异丙醇与1,3-丙二醇混合溶剂下合成出由NiCo-LDH超薄纳米片组装成的四方分级微米管。前驱体微米管的形成可以用一步自模板法来解释。制备的NiCo-LDH微米管在空气中煅烧可以转变为NiCo₂O₄微米管,而不发生明显的结构变化。最终NiCo₂O₄四方分级微米管在赝电容器应用中表现出非常优异的电化学存储性能,如高容量、出众的倍率性能和超过12000圈的超长循环寿命。首次发现Mo与多巴胺可以配位并在碱性条件下自聚合形成特殊的Mo-聚多巴胺纳米片,通过Mo-聚多巴胺纳米片在预先制备的Mo O₃纳米棒上面优先生长以及伴随着Mo O₃纳米棒的碱性环境逐步溶解,可以合成出Mo-聚多巴胺纳米片组装而成的新颖分级纳米管。然后通过一步煅烧和局域碳化的方法,可以把合成出的Mo-聚多巴胺前驱体纳米片转变成超小β-Mo₂C纳米晶均匀分散的纳米片,相应的分级纳米管前驱体也能够得到完整保持。基于其明显的结构优势,制备的β-Mo₂C分级纳米管在酸性和碱性环境下均表现出优异的电催化析氢活性和稳定性。