三维有序金属氧化物纳米材料具有较低的生产成本，优秀的化学稳定性及机械强度。周期性排列的纳米结构赋予了三维有序金属氧化物纳米材料独特的光学、电学等性质，使其被广泛的应用于微电子器件，光学，生物及化学传感，能源存储及转化等多个领域，用来解决一些体材料及其他纳米结构材料无法解决的问题。特别在能源转化领域，三维导电纳米线阵列具有优秀的导电性，可以作为电极上的集流体材料;同时超高的比表面可以作为载体负载大量的活性材料;此外，对于存在固液界面的能源转换器件，三维导电纳米线阵列不仅有利于降低固液界面的电阻从而方便电子的传输，还有利于传质的进行，因此在光电转化器件，压电器件，燃料电池等多个领域表现出巨大应用潜力。本论文从能量转换器件的实际应用角度出发，设计合成了一种锡掺杂的氧化铟(ITO)纳米线阵列，并围绕该材料进行一系列具有针对性的优化，测试了其作为量子点敏化太阳能电池对电极和微生物燃料电池的阳极的性能。主要内容包括:　　一、ITO@Cu2S纳米线阵列的制备及其在量子点敏化太阳能电池中的应用　　量子点敏化太阳能电池作为一种新型太阳能电池的结构，目前其光电转化效率仍然很低。除了对于工作电极以及电解质的不断改进以外，最近研究人员也更加关注对电极的设计以及发生在对电极处的电荷转移行为。本工作设计了一种由氧化铟锡(ITO)核层和Cu2S壳层组成的ITO@Cu2S纳米线阵列结构作为一种新型的量子点敏化太阳能电池对电极材料。该电极材料可以明显的提高电荷的收集与传输的能力同时避免发生在黄铜对电极中铜在电解质中的溶解问题。实验证明重N型掺杂的半导体ITO和重P型掺杂的半导体Cu2S可以形成高质量的隧道结，使电池在工作时对电极处的面电阻和电荷转移电阻都显著地降低。这种三维的纳米线结构不仅能够提供巨大的表面积用于催化剂的负载，同时非常有利于电解质与电极的接触，使基于该对电极的量子点敏化电池的光电转化效率和平面结构的Au以及Cu2S对电极相比分别提高了84.5％和33.5％。　　二、ITO/Cu2S界面调控及其对量子点敏化太阳能电池性能的影响　　目前的研究认为，对电极的稳定性以及催化活性的不足是限制量子点敏化太阳能电池效率进一步提升的重要因素。常用的黄铜对电极仍然存在机械稳定性差以及易和电解质发生反应的问题，而ITO@Cu2S对电极很好的解决了这些问题。进一步的研究发现，ITO和Cu2S间的界面会极大地影响ITO@Cu2S作为对电极时的电池性能。因此本工作采用了不同的制备方法得到一系列不同的ITO@Cu2S对电极来研究ITO和Cu2S间的界面对于电池性能的影响。结果显示：通过采用一种改进的离子交换方法得到的具有连续Cu2S壳层的ITO@Cu2S对电极具有最好的电池性能，而该对电极的性能和Cu2S壳层的厚度是直接相关的。和由不连续的Cu2S颗粒包覆得到的ITO@Cu2S以及黄铜基Cu2S对电极相比，电池的光电转化效率分别提高了11.6％和16.5％。　　三、多级组装的ITO@Cu2S纳米线阵列的制备及其在量子点敏化太阳能电池中的应用　　实验设计了一种由具有单晶结构的ITO纳米线阵列的核层和由Cu2S纳米颗粒的壳层通过多级组装的方式制备的多级ITO@Cu2S，并作为量子点敏化太阳能电池的对电极材料。这种多级结构不仅作为有效的电子传输网络，同时可以负载更多的Cu2S来催化电解质发生还原反应。这种设计减小了对电极的面电阻和电荷转移电阻从而减小电池工作过程的串联电阻，并首次提出降低电池内部的串联电阻有利于提高电池的并联电阻。通过这种设计得到的量子点敏化太阳能电池的开路电压达到0.688V，填充因子达到58.39％，和传统的黄铜基Cu2S对电极相比光电转化效率提高了21.2％，同时具有较高的稳定性。　　四、ITO纳米线阵列作为微生物燃料电池阳极的研究　　微生物燃料电池作为一种可再生能源技术可以在降解有机废弃物的同时产生电子，因此受到了人们的广泛关注。然而，微生物与阳极间低效的界面电荷传递，以及电荷传递的不可控性，使MFC电流输出依然很低，因而限制了MFC技术的广泛应用。本工作通过设计ITO导电纳米线阵列作为三维的电子传输网络用作微生物燃料电池的阳极，可以明显的降低微生物和电极界面间的电荷转移电阻，在+0.2V(vs.Ag/AgCl)外加电位时，Shewanella PV4输出的电流密度达222.9mA/m2，证明三维导电阵列电极材料在MFC研究领域具有很好的应用前景。