过渡金属d轨道的不饱和性,赋予了金属氧化物(氢氧化物)一些独特的性质,使得金属氧化物(氢氧化物)纳米结构材料在生物传感器、气体传感器、智能窗、太阳能电池、超级电容器、光电探测器、发光二极管等领域存在广泛应用。其中又以光电探测器和超级电容器这两个领域尤为突出。目前,应用于这两个领域的金属氧化物纳米结构材料的形态和种类正呈现出快速增长的态势。当前的研究趋势无外乎开发和研究具有新形态和更高性能的相关材料。本论文的研究重点在于研究三种新型的金属氧化物(氢氧化物)纳米结构基的超级电容器电极材料,另外也开展了一些金属氧化物基的光电探测器材料的研究。论文的第1部分是以油水界面方法组装制备的单层聚合物胶体晶体纳米薄膜为模板制备二维有序多孔氧化锡(SnO2)单层纳米膜用于制作光电响应器件。第2部分是采用溶液基超声共组装方法结合真空热还原方法制备还原型氧化石墨烯-MnO2中空球杂化材料用于超级电容器。第3部分内容是采用一步水热共沉积法制备三维大孔镍泡支载的超薄Ni(OH)2-MnO2杂化纳米片基多孔膜用于赝电容器。第4部分内容是采用一步水热共沉积法制备三维大孔镍泡支载的超薄镍钴层状双氢氧化物杂化纳米片基多孔膜作为正极,多孔还原型氧化石墨烯作为负极,组装用于不对称型超级电容器。具体研究内容和主要结果如下：(1)首先通过无皂乳液聚合制备单分散的苯乙烯丙烯酸共聚物(PSA)微球。接着通过油水界面组装方法将制备的PSA微球组装成单层胶体晶体纳米薄膜。其中,探讨了乙醇诱导剂用量对组装的胶体晶体膜形态质量的影响。之后,以制备的单层胶体晶体膜作为模板,向其中填入金属氧化物前驱体,然后煅烧制备了单层有序多孔的金属氧化物半导体薄膜。这一步骤中,探讨了填入前驱体浓度对制备单层多孔膜形态的影响。同时,利用单层多孔膜的制备方法,制备了不同孔径的单层多孔膜,而且扩展制备了SnO2、TiO2、ZnO、CeO2这四种类型的单层有序多孔金属氧化物半导体薄膜。接着,我们以制备的Sn02单层有序多孔纳米薄膜作为代表,制作了光电响应器件,研究了其对不同波长光的响应,同时还测试了其对光照开关以及光照功率的响应。实验结果显示,施加1.0V的偏压时,器件的光电流可以达到375.2μA,超过同类材料的性能,而且器件的光电流对光照功率满足幂函数方程,说明制备的器件具有超高的灵敏度和一定的定量检测能力,因此能够应用于光电探测器、光电开关以及太阳能电池等领域。(2)以石墨粉为原料,采用Hummers氧化方法制备了氧化石墨烯。参考文献方法制备了Mn02中空微球。接着采用溶液基超声共组装方法,利用氢键相互作用和静电相互作用将氧化石墨烯纳米片、MnO2中空微球和导电乙炔黑纳米粒子组装成杂化材料。之后,利用真空热还原方法将杂化材料还原成还原型氧化石墨烯-Mn02中空球杂化材料。杂化材料制备成电极后,对其进行了循环伏安(CV)、静态充放电、电化学阻抗谱(EIS)的测试,用于表征其电化学电容性质。同时,还对比了电极制备方法、MnO2纳米结构对制备电极的电容性能的影响。测试结果显示,制备的还原型氧化石墨烯-MnO2中空球杂化材料最大比电容和能量密度分别达到578Fg-1和69.8Wh Kg-1,明显高于一些已经报道的石墨烯-MnO2基的杂化超级电容器电极材料。(3)以阳离子型gemini表面活性剂G12作为纳米结构生长辅助试剂,以硝酸镍和氯化锰作为前驱体,在没有添加外加碱源的前提下,通过水热共沉积制备了三维大孔镍泡支载的超薄Ni(OH)2-MnO2杂化纳米片基多孔膜。接着,将制备的镍泡支载的杂化膜直接当作电极用于赝电容器,测试其赝电容性能。同时,还制备和对比了不同镍锰投料比、不同G12用量、尿素和六亚甲基四胺作为外加碱源下制备的杂化膜的形态和电容性能。研究结果显示,制备的Ni(OH)2-MnO2杂化纳米片的最高比电容和能量密度分别可以达到2628.0F g-1和81.2WhKg-1,均大幅超过了所有同类材料的性能。(4)以硝酸镍和氯化钴作为前驱体,在没有添加外加碱源和外加氧化剂的前提下,通过水热共沉积法制备了三维大孔镍泡支载的超薄镍钴层状双氢氧化物杂化纳米片基多孔膜。接着,以镍泡支载的镍钻层状双氢氧化物杂化膜作为电极,测试了其电容性能。同时,还制备和对比了不同镍钴投料比,以及尿素和六亚甲基四胺作为外加碱源下制备的杂化膜的形态、晶体结构以及赝电容性能。研究发现,镍泡支载的镍钴层状双氢氧化物杂化膜在0-0.5V电化学窗口展现出超高的比电容(2682.0Fg-1)和能量密度(77.3Wh Kg-1),性能超过了所有报道的镍钻氧化物和氢氧化物。此外,将Hummers氧化法制备的氧化石墨烯冷冻干燥制备了三维多孔的氧化石墨烯,然后真空热还原制备了多孔还原型氧化石墨烯。将其制作成电极,测试了电化学性质。测试发现,其在-1-0V电化学窗口具有很好的电双层电容性质。比电容与文献中报道的同类产品相当。最后,以制备的镍泡支载的镍钴层状双氢氧化物杂化膜为正极材料,多孔还原型氧化石墨烯为负极材料,组装成(准)不对称型电容器,详细研究了其电化学性质。研究发现,组装的(准)不对称电容器电化学窗口可以扩展到0-1.6V,其能量密度(187.7WhKg-1)远远超过已经报道的所有镍钴氧化物和氢氧化物基的不对称超级电容器。