SnO2是一种重要的 N型宽禁带半导体材料，广泛应用于染料敏化太阳能电池（DSSC）、锂离子电池、气敏和光催化器件中。三维多级微纳米结构又称多功能聚集体，它综合了材料本征的物理和化学特性、纳米尺度效应和组合效应，近年来成为电极材料、传感器材料和光催化材料研究领域的热点。根据纳米器件对关键材料的要求，设计具有应用价值的多级结构，降低合成成本，发展新颖高效的合成策略具有重要的现实意义。本文首先对三维多级微纳米结构的特点、制备方法及应用，光阳极中纳米结构的设计和界面调控，以及SnO2多级结构的研究现状作了详细的综述，分析了相关领域的国内外现状。在此基础上围绕SnO2多级结构的合成、修饰及其在敏化太阳能电池光阳极中的应用开展了系统深入的研究，具体的研究内容及结论如下：　　以ZnSn(OH)6亚微米球和立方纳米晶作为模板，设计合成了一系列高性能Zn掺杂 SnO2多级结构材料，同时实现了 SnO2光阳极的成分和结构优化。由亚微米球模板转变得到的Zn掺杂SnO2多级多孔球，不仅具有良好的光散射能力，而且相比传统的大颗粒散射层，具有更大的比表面积和合适的孔隙，有利于光捕获效率的提升和电解质的扩散。Zn掺杂改性使SnO2基电池开路电压升高，光阳极/染料/电解质界面传荷电阻降低，电子寿命增加。由立方纳米晶模板转变得到的Zn掺杂SnO2超细纳米花具有极大的比表面积，是 SnO2商用纳米颗粒的15倍。基于多级多孔球散射层和超细纳米花层的双层薄膜DSSC，结合了两者的结构优势和Zn掺杂带来的成分优势，获得光电性能的大幅提高。经TiCl4后处理，该双层薄膜电极DSSC的光电转换效率达6.16％，约为SnO2商用纳米颗粒DSSC效率的7.4倍。　　从晶体结构演变的角度，探讨了从三元化合物ZnSn(OH)6到Zn掺杂SnO2多级结构的转变机理。指出Zn离子残留在SnO2晶格中形成掺杂结构是Zn离子的萃取过程和残留结构的晶化过程相互竞争的结果。在此基础上，采用第一性原理计算比较了金红石相SnO2和Zn掺杂金红石相SnO2的电子能带结构，探讨了Zn掺杂对DSSC性能的影响。发现Zn掺杂使SnO2的导带底上移且导带电子有效质量明显增大，意味着光阳极/电解液界面的复合几率降低，电子收集效率提高，从而使电池的短路电流密度的得到提高；同时，平带电位与电解质氧化还原电位的差值增大，提高了电池的开路电压。　　发展了一种直接在 FTO透明导电玻璃基板表面生长 SnO2多级结构双层薄膜的方法，改善了光阳极-导电基板界面结合问题。研究了晶种层，水解控制剂，形貌诱导剂对SnO2多级结构形貌的影响，并在此基础上提出了 SnO2纳米片多级结构双层薄膜的生长机理。SnO2多级结构双层薄膜不仅具有良好的光散射能力，其内部颗粒之间及薄膜与衬底之间均具有良好的界面结合，有利于电子的有效传输。基于SnO2多级结构双层薄膜的DSSC光电转换效率为1.52%，优于同等厚度的SnO2商用纳米颗粒DSSC效率。为改善光阳极-电解液界面结构，将SnO2多级结构的表面修饰材料从TiCl4拓展到三元氧化物Zn2SnO4和TiO2纳米片，大幅度提高了电池的光电性能。　　以SnO2纳米花多级结构为牺牲模板，发展了一种在其表面原位形成同源窄禁带半导体硫化物修饰层的方法，获得了低失配度的宽窄半导体异质结界面，硫化物修饰层的覆盖度高且厚度可控。探讨了SnO2纳米花多级结构的硫化机理，发现H2S分子对SnO2不同晶面的吸附具有选择性，硫化层的形成和厚度与扩散过程有关，S在SnS2中的扩散激活能为70±9 kJ/mol。以SnS2作为无机光敏剂，设计和构建了一种基于 SnO2@SnS2纳米花核壳异质结的全固态新型敏化太阳能电池，得益于SnO2@SnS2异质结的界面优势和良好的结晶性，其光电转换效率达1.45%，大大优于化学浴沉积法制备的敏化结构电池。该气相硫化修饰方法不仅适用于二元氧化物，还可拓展至三元化合物。三元化合物MSnO3（M=Cd、Cu）的硫化产物SnO2/CdS和Cu2SnS3/SnS2分别在光催化降解和DSSC对电极方面具有潜在应用。