超级电容器作为一种介于传统电容器与电池之间的新型储能装置,其电极材料是决定其性能的关键因素。通过微纳技术制备纳米复合电极材料,协同发挥不同组元优势,是超级电容器电极材料的重要研究方向。本文采用电化学阳极氧化法制备大比表面积的有序TiO₂纳米管阵列（TiO₂ nanotube arrays,TNTAs）;进而利用电化学氢化法对空气晶化退火的air-TNTAs进行氢化改性,大幅提升H-TNTAs的导电性和电化学活性;进一步采用光辅助电化学沉积法实现聚吡咯（Polypyrrole,PPy）在H-TNTAs内外表面的可控负载,调控制备了核壳结构PPy/H-TNTAs复合电极材料;再进一步采用浸渍沉积法实现了高比电容MnO₂在PPy/H-TiO₂纳米管内外表面的可控沉积,发展了高性能MnO₂-PPy/H-TNTAs三元核壳结构杂化电极材料;最后基于所发展的复合电极材料组装对称型超电容器件并进行性能测试。该工作为发展基于有序阵列的多元杂化电极材料提供了理论依据和技术支持。本文主要研究结果如下:（1）采用电化学阳极氧化法制备获得TNTAs基体,继而采用电化学氢化法对空气晶化退火后的air-TNTAs进行电化学氢化改性获得H-TNTAs,提高TiO₂基体的导电性和电化学活性,进一步通过光辅助电化学沉积法在H-TiO₂纳米管内外表面可控沉积导电聚合物PPy薄层,调控制备了核壳结构的PPy/H-TNTAs复合电极材料,对比分析了TiO₂基体氢化改性和沉积过程中光照作用对目标PPy/H-TNTAs复合电极材料电化学沉积过程、微观形貌、结构特征和电化学性能的影响规律,表征与测试结果表明:电化学氢化改性大幅度提升了H-TNTAs基体的导电性和电化学活性;光照作用有助于实现PPy在半导体基体表面的均匀完整包覆,因而PPy/H-TNTAs复合电极表现出良好的超电容性能,电流密度为1 A g^-1时的比电容达到614.7 F g^-1（基于PPy质量计算所得比电容）,在电流密度为10 A g^-1充放电5000次后比电容保持率仍达到87.4%。（2）采用化学浴浸渍沉积法进一步实现了高比电容MnO₂在PPy/H-TiO₂纳米管内外表面的可控沉积,发展了高性能MnO₂-PPy/H-TNTAs三元核壳结构杂化电极材料。表征与测试结果表明:目标MnO₂-PPy/H-TNTAs电极材料表现出优良的超电容特性,电流密度为1 A·g^-1时的比电容高达563.6 F·g^-1,电流密度为10 A·g^-1时循环充放电5000圈后比电容仅下降9.6%,主要归因于导电聚合物PPy薄膜与氢化改性对复合电极的导电性和电化学性能的显著提升,以及PPy和MnO₂之间协同作用更利于发挥杂化材料的赝电容特性。（3）基于PPy/H-TNTAs和MnO₂-PPy/H-TNTAs电极材料组装对称型超电容器件,电化学测试结果表明:电压窗口为0¹.6 V时,所组装的超电容器件均具有良好的库伦效率和电化学可逆性。基于PPy/H-TNTAs所组装的器件在功率密度为1257 W kg^-1时,其能量密度为17.7 Wh kg^-1;基于MnO₂-PPy/H-TNTAs所组装的器件在功率密度为1125 W kg^-1时能量密度可达20.8 Wh kg^-1,说明本研究所发展的复合阵列电极材料具有良好的实际应用前景。