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传统化石能源的不断消耗以及环境污染是如今全球范围内面临的最严重的问题之一。因此,研发高性能、多功能化的新型能源材料以改善现有能源结构,充分利用清洁能源是材料领域的研究热点。另外太阳能、风能和潮汐能等清洁能源具有间歇性特点,不能提供连续稳定的电力,需要开发稳定多功能化的能量储能材料如电容器和光电容器电极材料。TiO2半导体纳米阵列基于其高的物理化学稳定性、高比表面积以及优异的电子空穴分离特性,为高效多功能化的电极材料的结构设计和性能优化奠定了基础。本文选取氧化后可获得TiO2基复合材料的新型陶瓷Ti3SiC2作为研究的主体材料,利用其独特的层状结构、优异的导电性以及硅原子可以被其它元素部分取代实现掺杂的特点,采用阳极氧化法在Ti3SiC2基底上制备出系列TiO2基纳米孔阵列结构。系统研究了阳极氧化条件、元素掺杂以及表面改性对阳极氧化产物层微结构及其光电化学性能的影响,主要研究内容和结果如下:（1）研究了阳极氧化Ti3Si C2的表面微结构、组成及其光电化学性能。通过在含氟有机电解液中阳极氧化致密块体Ti3SiC2,在Ti3Si C2基底表面构建了纳米颗粒组成的有序纳米多孔复合材料。与阳极氧化Ti产生的TiO2纳米管阵列相比,阳极氧化Ti3SiC2生成了TiO2/C/Si O2纳米孔阵列,独特的纳米结构和复杂的相组成使其可见光电流密度可达7.56μA cm–2,电容储量可达6.18 mF cm–2,分别比阳极氧化Ti高1.32和6.87倍,拓宽了阳极氧化MAX相的应用前景。（2）研究了阳极氧化分别引入Fe、Al或Sn的Ti3SiC2的光电化学性能,阐明了其光响应特性和电化学储能机理。Fe含量较低时可通过热压烧结掺入Ti3SiC2中,并通过阳极氧化转变为具有纳米孔层状结构Fe掺杂的TiO2基复合相。引入Al或Sn的Ti3SiC2在阳极氧化后可分别获得137.24μA cm–2或126.76μA cm–2的强光电流,比阳极氧化Ti3SiC2的7.56μA cm–2分别高18和16倍。光响应的增强机制分别是Al掺杂TiO2中产生的大量缺陷提高了其可见光吸收能力,或SnO2/TiO2的耦合作用抑制了空穴电子对的重组。（3）在Al和Fe共掺杂的Ti3SiC2五元陶瓷基底上阳极氧化,获得了Al和Fe共掺杂TiO2、Si O2和C的复合相,在100 mV s–1的扫描速率下具有12.03 mF cm–2的比电容,并且在1000次循环后仍维持93%的优良稳定性。在可见光照射下表现出高达59μA cm–2和4.33 mF cm–2的高可见光光电转换和能量存储能力。提供了一种可用于设计并制备具有有序周期性纳米结构的微型双功能光电极的方法,可促进光电容器对太阳能的收获与利用。（4）采用水热法合成出具有分层纳米结构的海胆状SrCO3,研究了海胆状SrCO3纳米材料的生长机理及其电容特性,探索了与阳极氧化Ti3SiC2复合后的基本性能。结果表明,海胆状SrCO3的表面均匀分布有直径约50 nm,长度为1–2μm的纳米棒。提出了“核聚集体—纳米棒点缀—海胆状”的生长机制,并通过调控表面纳米棒生长情况得到的最佳形貌的SrCO3可使其电容提升6倍。进一步与阳极氧化Ti3Si C2复合后发现纳米片状SrCO3覆盖在其表面,抑制了其光电化学特性。