纳米科学与技术的快速发展为各种结构的功能化纳米材料开辟了新机遇。然而，纳米材料的可扩展性制备一直是影响其走向现实世界和进入实际应用的巨大障碍。阳极氧化TiO2纳米管因其独特的结构及光电性能，广泛应用于各种功能化器件中，因而备受关注。然而，这通常是基于有限尺寸的平面基体上的研究。钛管内/外表面上生长TiO2纳米管有望应用于太阳能电池、超级电容器，经低表面能分子处理后，则有望应用于降阻、自清洁、防覆冰以及提高传热性能。尽管具有广阔的应用空间，但是与传统的平面基体相比，管基体表面纳米管的控制生长则变得极其困难。这不仅是技术难题，也是科学难点。鉴于此，本课题以钛管为研究对象，从纳米管的可控性生长、管基体上润湿性理论到纳米管光电转换性能，进行了一系列系统研究。取得了如下研究成果：　　开发了同轴电化学阳极氧化法。利用该方法，在长度为1000mm，直径为10mm的钛管内表面上制备了均匀的TiO2纳米管阵列，与使用常规阳极氧化方案所获得的非均匀的纳米管形成了鲜明对比。在此基础上，发展了管套管的同轴阳极氧化方案，在钛管外表面使用方波电压进行了纳米管的裁剪与调控。在低电压下，使用较短的阳极氧化时间得到了开口良好的TiO2纳米管阵列。对所得纳米管阵列的润湿性进行调控，得到最大水接触角为166°，表现出优异的超疏水特性。该同轴阳极氧化法能够节约电解液，具有很好的成本效益，同时还能够扩展应用到其他阀金属管上，进行阳极氧化，甚至更长的管状基体。　　推导并验证了管基体表面接触角的计算公式。润湿性研究是管基体实际应用的先决条件，接触角作为评估润湿性的主要参数，在Thomas Young（1773-1829）提出杨氏方程之后的200年时间里，基于平面上接触角的方程一直在被修饰和完善。然而，在管状表面的情况下，曲率会影响测量并使测试结果产生偏差。鉴于此，本研究推导出了适用于不同润湿状态的管内外表面上本征接触角计算的一般方程。根据表观接触角θ，待测液滴半径r和管基体半径R，通过方程θ0=f(R,r,θ)可以计算出管基体上本征接触角θ0。使用该方程计算的本征接触角与直接从相应的平坦表面上测量的结果完全吻合，验证了方程的有效性。该研究成果为消除曲率效应，准确评估管内外表面上的润湿性提供了理论依据。　　开发了以钛管为基体的光电/光热一体化太阳管。在一个单体器件上同时实现了光能到电能的转换和光能到热能的转换与存储，其中，具有较小等离子体频率的金属钛管是高效光热转换的关键所在。太阳管以有机太阳能电池为光电转换单元，使用具有一定体积容限的TiO2纳米管作为太阳能电池的电子传导层，解决了常规喷雾热解制备TiO2薄膜电子传导层易开裂、易产生针孔的难题。制备了三明治结构的PEDOT∶PSS/Ag NWs/PEDOT∶PSS复合膜，具有高透明、高电导、可大面积移植的特点，其品质因子FoM可达159，为当前文献报道的同类研究中的最高水平。基于此，所得太阳管的总能量转换效率为25.2%。　　开发了基于钛管内外表面纳米管的一体化光充超级电容器。采用双同轴阳极氧化法在钛管内外表面同时制备TiO2纳米管。钛管外表面的太阳能电池单元使用CsPbBr3钙钛矿太阳能电池，将CsPbBr3填充于TiO2纳米管内。钛管内表面的超级电容器以沉积了MnO2的TiO2纳米管为正极，沉积了Co3O4的碳纤维为负极，以同轴方式装配为超级电容器。该一体化光充超级电容器与常规染料敏化太阳能电池型器件相比，具有较高的工作电压和容量。这项研究有望为新型一体化能源器件的设计提供新的见解，以促进太阳能利用和便携式电源技术的发展。　　总而言之，本论文研究的成果将为阀金属管上阳极氧化提供方法支持，为管基体上接触角准确评估提供理论依据，为新型一体化能源器件的设计与开发提供新的战略思想和设计理念。