球型结构金属氧化物能源材料的合成与性能研究一直是科学界的研究热点。St?ber法作为一种传统而经典的方法广泛地应用于球型材料的合成研究中。通过这种方法,我们成功地合成了TiO₂中空球、Zn₂Ti₃O₈中空球、Co₃O₄@TiO₂@C和Fe₃O₄@TiO₂@C中空核壳结构球、Co₃O₄@RGO复合物以及SiO₂@三元锰基核壳结构复合物等一系列的球型金属氧化物,并用作染料敏化太阳能电池光阳极或锂离子电池负极材料。另外,本文以碳球为模板合成了上转换材料Na_xG_dF_yO_z:Yb/Er中空球,并用于染料敏化太阳能电池光阳极的研究中。通过光电测试、电池充放电测试、循环伏安测试和电化学阻抗测试,系统地研究了材料在光电化学和电化学反应过程中的机理。本文以SiO₂球作为模板,通过离子交换的形式成功地将Zn离子嵌入到TiO₂纳米晶体结构中合成不同壁厚的Zn₂Ti₃O₈中空球氧化物。当材料用作锂离子电池负极材料时,电池呈现出良好的循环稳定性和倍率性能,100次和200次循环后容量依然分别保持在186.2 mAh g-1和173.6 mAh g^-1。Co₃O₄@TiO₂@C和Fe₃O₄@TiO₂@C中空核壳结构球以及Co₃O₄@RGO复合物通过St?ber法成功地合成。研究结果表明包覆具有稳定电化学特性的外层物质可有效地缓解金属氧化物在锂离子充放电过程中的体积膨胀和材料粉化等机械形变,减少电极极化以及提高材料的循环稳定性。核壳结构SiO₂@ZnxMn₂O₄球通过水热法和离子交换法成功地合成。研究结果表明,在后续的Zn离子交换过程中,有部分Zn离子并没有嵌入至Mn基材料中,而是形成了ZnO纳米粒子。电池电化学测试结果表明复合材料具有良好的电化学性能。SiO₂@SnO₂-MnCO₃核壳结构球型复合物则是直接采用水热法合成,但是其作为锂离子电池负极材料,性能并不是很理想。不同壁厚的TiO₂中空球通过调控TBOT的量被成功地合成。光电性能测试表明,TiO₂中空球相对于TiO₂纳米粒子具有更好的散射作用。本文选择一种高粘度PEG-400溶剂作为RGO和TiO₂中空球浆料的分散剂。研究结果表明,此方法可使得RGO充分而均匀地掺入TiO₂中空球光阳极中,获得稳定的电池性能。另外,上转换材料壳壳结构Na_xGdF_yOz:Yb/Er@TiO₂中空球掺入至染料敏化太阳能电池光阳极中,通过散射作用和上转换作用共同提高电池的光电性能。