为更好地解决能源短缺问题、实现可持续性发展,科学家们一直致力于开发清洁、可再生的能源（如风能、太阳能、氢能等）来代替污染较大的石油、煤炭、天然气等化石能源。新型能源需要有高效的中间转换装置和储存设备。超级电容器作为一种新型的储能器件,由于具有高功率密度、长循环寿命与高环保性等优点,广受科研人员关注,但其仍然存在电极材料能量密度较低的问题,从而无法获得综合的高性能电极。与此同时,氢能因能量密度高、环境友好的特点备受关注。在诸多产氢方法中,电解水产氢具有高效、无碳、环保等诸多优势,但其同样受困于电极材料。因此,研制高性能、低成本的电极材料成为两个领域一致的研究热点。钴基材料,特别是钴基氧化物,因其比电容高、制取方便的特点受到了广泛研究,但其实际电化学性能仍受限于较低的本征电化学活性。因此本论文从构建表面高活性层的思路出发,通过在Co3O4表面构建高电化学活性第二相材料、非金属元素掺杂和表面刻蚀的方法,对Co3O4纳米线阵列进行改性,获得了优异的电化学储能和电催化产氢性能。具体工作如下:（1）通过水热法结合氨氩等离子体处理法,在泡沫镍上原位构建了氮掺杂的Co3O4纳米线阵列。研究表明,氨氩等离子体处理在Co3O4纳米线上刻蚀出多孔结构,同时成功实现了氮掺杂,使电化学性能显著提升,其中300 W功率下等离子体处理6 min后的Co3O4纳米线阵列电极具有最优储能性能（2 mA cm-2的电流密度下展现出2862mF cm-2的比电容）和最优的电催化产氢性能（电流密度10mA cm-2时过电位为126 mV）。以该电极作为正极,与活性碳负极构建的非对称超级电容器的能量密度达到94.5 μWhcm-2,在充放电5000圈后仍有91%的电容保持率。本工作进一步通过电化学活性面积、电化学阻抗谱等方法初步探究了等离子体处理导致电化学性能提升的机理,一方面,等离子体的刻蚀作用会在纳米片上形成多孔结构,导致活性位点增多;另一方面,掺杂氮元素进入Co3O4晶格,引起Co离子的d轨道收缩,使其导电性也得到卓越的提升。（2）通过水热法结合电化学转变法在泡沫镍上原位构建了 CoOOH/Co3O4两相异质结构。将原始针状纳米线结构转变成由超薄片层包裹的三维网状结构。结果表明,经过电化学转变,该电极材料的比电容显著提升,在1 Ag-1的电流密度下展现出2910.8Fg-1的比电容,约为原始Co3O4材料的四倍。将CoOOH/Co3O4用作正极材料、经硝酸处理后的活性炭用作负极材料组装非对称超级电容器,可以得出,该器件在功率密度为381.74 Wkg-1时,可提供45 Wh kg-1的能量密度,经过5000圈的恒电流充放电循环仍有94.8%的电容保持率。我们初步探究了电化学转变过程对电化学性能的作用机理,电化学阻抗谱和电化学活性面积测试表明,CoOOH/Co3O4材料的电导率和电化学活性位点显著增加。