随着人们生活方式的改变和人口增长,全球能源需求急剧上升。目前化石燃料是主要的能源,然而,化石燃料资源有限且不可再生,其储备可能在短短100年内耗尽,并且终将耗竭。此外,由于燃烧化石燃料也带来了严重的环境污染问题。因此,寻找可持续能源以及能源储存系统是至关重要。有几种可再生和绿色能源系统,如超级电容器,锂电池(LIBs),钠电池(NIBs),钾离子电池(KIBs),金属空气电池(MAB),燃料电池和太阳能电池等,部分能源系统已经实现工业生产方面的应用。然而,若干问题影响能量系统的有效性(比如产率、效率等)。因此,可再生能源技术成功的最重要挑战是实现效率的最大化,这主要依赖于候选电极材料的结构和性质。根据不同的工作原理,电化学能量转换和存储装置可分为电池、电容器和电催化水分解装置。具有高比表面积和介孔性质的二维(2D)纳米材料在催化和储能系统等方面备受关注且具有广泛的应用。因此,我们报道了构筑不含贵金属的F掺杂的α-Ni(OH)2中孔2D超薄纳米片的新策略。F掺杂的α-Ni(OH)2纳米片表现出显著的电催化活性和析氧反应稳定性,实现了低起始电位(260 mV),高质量活性(在η=350 mV时为69.1 A g-1)和低塔菲尔斜率(31.89 mV dec-1),优于商业RuO2催化剂的催化性能。同时,我们发现F掺杂的α-Ni(OH)2纳米片在1 A g-1时表现出158.75 F g-1的高比电容,在功率密度为400 W kg-1时,表现出67.4 Wh kg-1的能量密度,在功率密度为16 kW kg-1时仍可保持40 Wh kg-1的能量密度。基于密度泛函理论计算结果阐明F掺杂有利于提升α-Ni(OH)2的电导率,利于有效电子传输和水吸附。因此,我们提出的简单且有效的方法将为合成用于能量转换和存储技术的其它阴离子掺杂的2D材料铺平道路。由于金属氟化钠(NaMF3,M=Fe,Ni,Co等)电极材料表现出优异的储能性能而引起研究者的极大关注。这些氟化物通常通过在高温(700℃-900℃)下使用二元氟化物合成,但这种方法繁琐且耗能大。因此,探索简单且低耗能的方法制备具有更优异性能的钙钛矿氟化物是非常有必要的。因此,我们通过一种简单而具有低成本的方法合成了钙钛矿氟化物(NaNiF3)空心球,并探究了空心球的形成机理,它是伴随形态和相变过程的再结晶,并探究其作为超级电容器的新型和潜在电极材料。其表现出高比电容(在5 A g-1时为1342 F g-1),优异的倍率性能和长循环稳定性(8000次循环后,容量保持率超过90%)。当它们与活性炭电极配对,NaN1F3//AC不对称超级电容器表现出宽电压窗口(1.65 V),并且表现出较高能量密度(功率密度为1.65 kW kg-1时为51.78 Wh kg-1),且具有出色的循环稳定性(从1400到10000次循环,容量保持率100%)。因此,我们提出的简单有效的方法将为合成和探索具有高性能的新型钙钛矿氟化物材料奠定工作基础。钾离子电池(KIBs)作为锂离子电池(LIBs)的一种有前途的替代品而备受关注,因为金属钾具有低成本和储量丰富的优势。然而,缺乏钾离子的嵌入/脱嵌的合适电极材料是目前面临的主要挑战。因此,我们合成了平均尺寸为25-40 nm的硒化镍纳米颗粒包覆于氮掺杂碳(NSC)中作为钾离子电池的负极材料。得益于其独特的结构,金属-硒键的固有特性和显著的赝电容效应,该材料作为负极在50 mA g-1下具有非常高的可逆放电比容量(438 mAh g-1),且具有优异的倍率性能(5000 mA g-1下150 mAh g-1)及长循环稳定性(在2000 mA g-1下可稳定循环2000次)。原位X射线衍射,非原位高分辨率透射电子显微镜和选区电子衍射技术被用于研究嵌钾离子/脱钾离子机制。通过将其作为负极,普鲁士蓝作为正极,组装了全电池,该全电池在200 mA g-1下获得204 mAhg-1的可逆放电比容量。这种的简单而有效的方法为寻求新型钾离子电池负极材料提供了思路。通过简单且有效的方法合成了由2D介孔超薄纳米片组装的Co0.85Se空心球。Co0.85Se的宏观形态特征和微观原子/电子结构之间具有协同效应,我们同时测试了其双功能电催化性能和超级电容性能。由二维介孔超薄纳米片构成的空心球Co0.85Se表现出良好的超级电容器性能,在高功率密度下表现出大能量密度(在1.6 kW kg-1时为54.66 Wh kg-1)和长循环稳定性(8000次循环后其容量保持率为88%)。同时,由于二维介孔超薄纳米片构成的空心球体Co0.85Se具有独特的介孔结构和高比表面积,因此表现出优异的电催化产氧性能,测试表明,其具有低过电位(290 mV)和低塔菲尔斜率(81 mV dec-1),进过9小时的恒压测试,电流密度仅下降7.8%。本方法为合成其它金属硫属元素提供了一种新方法。