能源与环境已成为当今世界最重要的两大主题,研究并开发新能源器件来替代传统化石能源是缓解能源危机和改善环境的有效手段之一。其中,作为蓄电池的领头者,锂离子电池(LIBs)具有高能量密度、较高的输出电压、循环寿命长、安全性高和自放电率低等特点。而超级电容器具有功率密度高、快速充放电、超长循环寿命及良好的可逆性等特性。目前,石墨作为商用锂离子电池负极和双电层超级电容器的电极材料,得到了较快的发展。但是,由于石墨电极的比容量过低,大大限制了锂离子电池和超级电容器往高容量、长循环性能方向发展。近十几年来,科学工作者不断的探索新型的电极材料以取代石墨材料。其中,过渡金属氧化物因其丰富的价态变化而具有较高的理论比容量有望成为下一代锂离子电池和超级电容器的电极材料。本论文以泡沫镍为基底,通过合理的设计多层级金属氧化物微纳米结构,牢固的生长在泡沫基底上,使得电解液和活性材料的之间能够充分接触,暴露更多的反应活性位点,能加快电子的传输速率、缩短离子扩散距离,从而提高电化学性能。同时,微纳米阵列结构电极易于大规模制备,不需要添加导电剂和粘结剂及复杂的涂覆过程,在工业生产上体现出了一定的优越性。本论文研究的主要内容如下:(1)以硝酸镍为镍源,十二烷基硫酸钠(SDS)为表面活性剂,疏松多孔的泡沫镍为基底,通过简单的一步水热反应,成功在泡沫镍表面生长出了多层级的Ni(OH)2纳米带阵列及后续热处理得到NiO纳米带薄膜阵列。将NiO纳米带阵列作为锂离子电池负极材料显示了较高的比容量,在0.2C的电流密度下,在循环第70圈后可逆容量依然保持着1034.7 mAh/g。因此,我们合成的NiO纳米带薄膜阵列作为锂离子电极材料展现了优异的电化学性能。(2)首先,以硝酸镍为镍源、硝酸锰为锰源,六次甲基四胺为沉淀剂,用水热方法在泡沫镍表面合成由纳米片组成的NiMn2O4微米球。然后通过电沉积的作用,成功在NiMn204微米球表面覆盖一层CoS薄膜。将NiMn2O4@CoS应用于超级电容器电极材料,在lA/g的电流密度下,NiMn2O4@CoS电极的比容量达到1751F/g,当在更高的电流密度lOA/g下循环5000圈后容量仅衰减了 5%。为了探究材料的实际应用,由NiMn2O4@CoS与立体构造石墨烯(Stereotaxically Constricted Graphene)组成的非对称超级电容器,表现出了优异的电化学性能,其中,当功率密度为700.51Wkg-1,能量密度最高可达到44.56Whkg-1。(3)首先,以硝酸锌为锌源、硝酸钴为钴源,氟化铵为表面活性剂,尿素为沉淀剂,泡沫镍作为沉积基底,用水热法成功在泡沫镍基底上合成ZnO/Co3O4纳米束复合物并成功应用于超级电容器。ZnO/Co3O4 NBs-1电极在2A/g的电流密度下显示出超高的比容量达到1983F/g,在更高电流密度10A/g下循环5000圈后容量仍维持84.5%。为了探究材料的实际应用,由ZnO/Co3O4 NBs-1与立体构造石墨烯(Stereotaxically Constricted Graphene)组成的非对称超级电容器,表现出了优异的电化学性能,其中,当功率密度为779.8 Wkg-1,能量密度最高可达到70.1 Whkg-1。