近年来,基于过渡金属的纳米材料因其比表面积大、活性位点多、外层电子丰富等特征被广泛应用于储能与能源转化领域。本研究从过渡金属基纳米材料的设计与合成入手,致力于解决超级电容器和质子膜燃料电池面临的以下问题:（I）针对超级电容器电压窗口窄和能量密度低的问题,以镍、钴、钒过渡金属为研究对象,通过掺杂,制备了过渡金属磷硫化物及其复合材料来增大超级电容器的电压窗口,并提高其能量密度。（II）在推动质子膜燃料电池应用中,CO富氢氧化催化剂寿命短、活性低的问题。对过渡金属Cu-Ce催化剂进行设计与形貌调控,制备了管/棒状抗CO2的Cu-Ce催化剂并用于CO富氢氧化。主要研究内容包括:（1）过渡金属磷硫化物具有优异的电化学性能,但复杂的制备方法阻碍了它的应用。本研究采用简易一步电沉积方法,将相互连接的纳米壁状镍钴磷硫化物（Ni-Co-P-S）纳米片沉积在碳布表面。具有多组分协同效应的Ni-Co-P-S纳米片提供了丰富的活性位点,提高了可逆电容。所制备的Ni-Co-P-S电极材料在三电极体系中表现出优异的电化学性能,在4 A/g时比电容高达2744.0 F/g。基于Ni-Co-P-S正极和活性炭负极构筑的超级电容器展示出高的比电容110.9 F/g（在1 A/g的电流密度下）,出色的能量密度39.4 Wh/kg（在797.5 W/kg的功率密度下）,以及良好的循环稳定性（在10000次循环后容量保持率为91.87%）。（2）V2O3具有较低比电容和循环稳定性差的缺点,提高V2O3的电化学性能是当前钒系赝电容材料的挑战。本研究设计、合成一种用于超级电容器的V2O3/碳纳米球（H-V2O3/C）电极。碳的引入提高了电极的导电率和稳定性,空心结构使它具有高比表面积和快速的离子输运能力。H-V2O3/C一体化电极可以同时工作在正负电位窗口。H-V2O3/C集成电极在-1.1～1.3 V宽电压窗口下的比电容高达708.6 F/g。该电极用于水系集成的SC器件提供了2.4 V的宽电压窗口,能量密度为96.8 Wh/kg,功率密度为1204.6 W/kg,以及优越的循环稳定性。（3）在CO富氢氧化过程中,Cu-Ce基催化剂的诱导氧化还原活性位点容易受到CO2竞争吸附的影响。本研究制备了一种精细的纳米管/棒状Cu O/Ce O2-T,表面再生的管状结构加速了CO2的分离和碳酸盐的生成,该催化剂具有显著的抗CO2性能。与棒状和非晶态Cu O/Ce O2催化剂相比,特殊形态赋予的晶面特征可以促进Cu物种的分散。此外,通过活性Cu-O-Ce界面相互作用,在100℃下表现出丰富的金属价态和氧空位以及100%的CO转化率。中空结构促进了金属分散和CO2分离,有效改善催化剂的活性和稳定性。