锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命、环境友好等特点,广泛应用于便携式电子产品以及动力或储能电池等领域。目前,商用锂离子电池负极材料主要使用石墨,该材料比容量较低、倍率性能差,而且存在着较大的安全隐患,因此开发新型的负极材料来替代商用石墨材料成为了当前该研究领域的重要任务。在众多的新型负极材料中,二氧化钛（TiO₂）和三氧化二铁（Fe₂O₃）都具有安全性能好、无污染等优点,而备受研究者的青睐。然而,这些氧化物的电子电导率较低,极大地限制了其电化学性能的发挥。基于上述问题,可以采用与高导电性材料如碳纳米管、碳纤维和石墨烯等复合的方法以及纳米粒子表面包碳的方法,来提高材料的倍率性能和循环稳定性。为了更大程度的提高材料本身的导电性,我们也通过对负极复合材料进行全掺杂处理,希望获得优秀的电化学性能。首先,先通过溶剂热的过程然后在H₂/Ar气氛中对前驱体进行热处理,一步成功制备出了具有多孔结构的碳自包覆的TiO₂纳米片阵列与石墨烯纳米片复合的纳米复合物。TiO₂@C/RGO纳米复合物是由厚度小于10nm的超薄碳包覆的TiO₂纳米片生长在了石墨烯纳米片基底上。作为锂离子电池的负极材料,TiO₂@C/RGO表现出了较高的可逆容量,倍率性能和优秀的循环稳定性。TiO₂@C/RGO电极与TiO₂@C,TiO₂电极相比,表现出最高的倍率性能和优秀的循环性能:在2500mAg^-1的电流密度下,TiO₂@C/RGO表现出来的放电比容量高达126.5mAhg^-1。而且,在800mAg^-1的电流密度下循环200圈得到的可逆比容量仍然可达173.1mAhg^-1。其次,采用冰醋酸为溶剂,一步溶剂热过程,然后在H₂/Ar混合气氛中500oC热处理2小时,成功合成出了在石墨烯纳米片上生长碳包覆的混相多孔二氧化钛纳米片纳米复合物。该复合材料拥有多孔结构,其中平均孔径为28.56nm,较大的孔体积(0.589cm3g^-1)和较高的比表面积。更重要的是,TiO₂（B）和anatase混相结构表现出了令人满意的电化学性能,主要是归因于纳米级的TiO₂（B）/anatase混相,高导电性的石墨烯和具有纳米孔的碳层之间的协同作用,这样可以促进了电极和电解液的接触以及缓冲锂离子嵌入和脱出过程引起的体积变化。因此,TiO₂@C/RGO复合材料表现出了优秀的电化学性能:高的倍率性能(在1500mAg^-1电流密度下的比容量达到96.9mAhg^-1),优秀的循环性能(在高的电流密度800mAg^-1下循环500圈表现出的比容量高达158.6mAhg^-1)。然后,将石墨烯,碳包覆,氮全掺杂和纳米结构的优点集中在一起,设计了一种独特的三维氮全掺杂碳自包覆的二氧化钛/石墨烯纳米复合材料（NTCG）。该材料是先通过溶剂热的方法合成出了含钛的有机复合物/氧化石墨烯,然后通过在NH₃/N₂气氛中焙烧成功获得的。正如我们所期望的,这种具有高导电性的三维多孔结构作为锂离子电池的负极表现出了高的可逆比容量,超高的循环稳定性和优秀的倍率性能:在800mAg^-1的电流密度下循环500圈的比容量能够高达164.4mAhg^-1,而且在高电流密度3000mAg^-1下电极表现出的比容量仍然能够达到115.1mAhg^-1。优秀的电化学性能主要归因于材料具有高比表面积和三维多孔结构以及非常高的导电性。最后,通过溶剂热的合成方法先获得了Fe₂O₃/石墨烯的前驱体,然后在氮气气氛中进行焙烧得到了Fe₂O₃/石墨烯纳米复合电极材料。γ-Fe₂O₃/RGO纳米复合电极材料作为锂离子电池的负极,表现出了优秀的倍率性能和循环性能:高的倍率性能(在1000mAg^-1电流密度下的比容量达到139.9mAhg^-1),优秀的循环性能(在电流密度为100mAg^-1下循环100圈表现出的比容量高达585.2mAhg^-1)。综上所述,我们通过将氧化物和碳材料结合在一起,进行实验调控其新颖的形貌、结构以及导电性等因素来提高复合材料的电化学性能,这对于纳米复合材料的基础研究和实际应用提供了必要的理论基础和技术指导。