发展电化学能源储存与转化器件是提高能源利用率及开发清洁能源的有效策略。而离子导体是其中的核心部件,其性能直接决定了能量转化效率。因此,开发高性能离子导体是提高电化学效率的关键。本研究以二维纳米材料为离子通道构筑单元,通过水热组装、真空辅助自组装、喷涂等方法制备高效离子导体。通过构筑长程有序离子通道,促进离子快速传递;通过优化离子通道连续性和取向,实现离子在组装体内各向同性传递。同时,尝试了离子导体在燃料电池、柔性触摸屏以及柔性发电器件方面的应用。主要研究结果如下:以二维磷酸化石墨烯为构筑单元,通过水热法制备了具有三维连续结构的磷酸化石墨烯组装体（PGM）。由于氧化石墨烯在还原过程中引入磷酸基团,PGM的质子传导率和电子传导率同时提高,在35 ℃,95%相对湿度下,最高值分别达到0.13和0.265 S cm^-1,突破了质子传导率和电子传导率之间的trade-off制约。以二维磺化氧化石墨烯（sGO）为构筑单元,通过冷冻浇铸法制备了三维连续网络结构（3D sGO）,将高分子聚电解质浇铸到3D sGO网络中制备了复合电解质膜。3D sGO有效避免了sGO纳米片在高分子基体中的团聚,为质子提供了连续且快速传递通道,显著增强了复合电解质膜在水平方向和垂直方向的质子传导率。在80 ℃,98%相对湿度下,Nafion@3D sGO-2.4复合电解质膜在垂直方向的质子传导率为0.29 S cm^-1,比重铸Nafion膜提高了91%。以二维共价有机框架（COFs）纳米片为构筑单元,通过真空辅助自组装法制备了COFs膜。COFs膜内一维纳米孔道为质子提供了快速传递通道,在80 ℃,98%相对湿度下,COFs膜的质子传导率高达0.38 S cm^-1。此外,COFs膜内一维纳米孔道可通过毛细管效应起到保水作用,显著降低了燃料电池性能对湿度的依赖性。相对湿度从100%下降到40%时,单电池功率密度仅下降16%。以二维蛭石纳米片为构筑单元,通过真空辅助自组装法和喷涂法制备了柔性且透明的蛭石薄膜。蛭石本身的荷负电性以及长程有序层状结构赋予蛭石薄膜优异的离子传导性能。在80 ℃,100%相对湿度下,锂离子传导率为0.45 S cm^-1。制备了基于蛭石薄膜的触摸屏,实现了即时人机交互,例如绘图和打字等。以二维蛭石纳米片为构筑单元,通过真空辅助自组装法制备了蛭石薄膜。戊二醛交联后显著提高了蛭石薄膜力学性能和在水中的稳定性。蛭石薄膜表现出典型的表面荷电控制的离子传递行为,基于其离子选择传递特性实现了渗透能捕集,在盐差梯度为1000时,系统最大输出功率达到0.6 W m^-2。