日益加剧的环境问题和能源危机加速了人们对新型能源和高效转换储存装置的广泛研究。超级电容器因其功率密度高、充放电速度快、循环寿命长、对环境友好等优点而成为便携电子设备和新能源等领域最具前景的新型绿色储能器件。然而受制于电极材料本身,超级电容器的能量密度相对较低。本论文以电极材料结构和形貌的可控生长为研究点,选用高比电容的过渡金属氧化物为研究对象,得到了三维集流体上直接生长的纳米阵列电极。目的在于研制出高比电容的正负电极材料,并通过合理的匹配,进一步构造出高功率密度且综合性能优异的储能器件。主要内容如下:（1）通过简单的水热法结合后续的退火处理在泡沫镍基底上制备出具有独特层次结构和良好孔隙率的CuCo₂O₄纳米针阵列材料。通过改变反应物浓度调控制得的CuCo₂O₄纳米针阵列材料,具有电化学活性表面积大、导电性好、离子传输速率快等一系列优点。经测试,在1 mV s^-1时可达到2.62 F cm^-2(1747 F g^-1)的比容量且展现出了超高的循环稳定性（70 000次循环后的保留率为164%）。此外,组装的CuCo₂O₄//AC器件在保持固有高功率密度的同时实现了57 Wh kg^-1的高能量密度,经10000次循环测试后容量保持率为83.9%。由上可知,得到的CuCo₂O₄纳米针阵列材料是一种很有发展前景的超级电容器电极材料。（2）通过合理的形貌设计,采用水热法和退火处理得到了无粘结剂的三维多孔泡沫钛基底上生长的Fe₂O₃纳米棒阵列,以作为高性能超级电容器的负极材料。其中,泡沫钛丰富的三维多孔结构为活性物质的生长提供了足够的空间,极大的提升了活性物质的面载量。此外,定向有序的阵列形貌提供了高效的电子传输及大比表面积,使得电极材料表现出极高的比容量(8.186 F cm^-2(1488 F g^-1))。后续通过简单的碳层包覆,解决了赝电容材料循环稳定性差的问题（循环可达5000次）,从而得到了高电化学性能的超级电容器负极材料。这种特殊形貌纳米活性材料直接生长到具有特殊结构三维金属集流体的设计,为高性能的超级电容器电极材料的制备提供了一个新的思路。（3）在泡沫钛生长的Fe₂O₃纳米棒阵列材料的基础上,以不同浓度的Co²⁺对Fe₂O₃进行掺杂改性,通过掺杂前后样品形貌及物相的对比分析,证明Co²⁺成功掺杂进入Fe₂O₃的晶体结构中。后续的电化学测试表明Co²⁺掺杂后的Fe₂O₃样品较掺杂前具有更加优异的电化学性能。且最佳浓度下Co2+掺杂后的样品在扫描速率为1 mV s^–1时,面积比电容量达到15.79 F cm^-2,远高于掺杂前同扫速下的面容量8.18 F cm^-2,为设计具有更高能量密度的超级电容器电极材料提供了一条有效的途径。