利用太阳能有望解决人类未来将要面临的能源危机。然而,现今人们对太阳能的利用还太少。限制太阳能的大规模利用的主要原因在于目前转换太阳能和能量储存的成本太高。将太阳能的转换与储存一体化能够提高整个系统的集成度,从而降低利用太阳能的总成本。光电容器是近些年来人们较为广泛关注的光能转换与储存一体化装置,对其的研究重点在于新结构的设计和高性能电极材料的开发。本研究论文即是在以上研究背景下,基于TiO₂纳米管材料优异的光电性能,针对其导电性差而不具备储能能力的缺点,拟采用电化学还原法对其进行自掺杂改性,以增强其导电性和储能能力,最终将其用于光电容器电极材料。本研究论文的主要研究内容和结果概括如下:首先,本论文采用阴极极化法对TiO₂纳米管进行自掺杂改性。在-1.2～-1.8 V（vs SCE）电位范围内对TiO₂纳米管进行自掺杂改性可以将氧空位引入TiO₂晶格,成功地制备出自掺杂TiO₂纳米管。其中,-1.4V是最优的阴极极化电位,在此电位下改性后TiO₂纳米管的导电性增强了 5个数量级、电容值提升了 39倍。自掺杂改性对于TiO₂纳米管导电性增强的机制在于大幅度减小了电子在TiO₂固体内的传输电阻,而TiO₂表面处的电荷转移电阻没有多大变化。然后,本论文对自掺杂改性前后TiO₂纳米管的光电性质进行了考查并将其用于光电容器电极材料。自掺杂改性后TiO₂纳米管对可见光的吸收稍微有所增强,导带的位置稍稍正移,饱和光电流也较改性前的大,但达到饱和光电流所需的电位更正,这是由于自掺杂改性后TiO₂纳米管的导电性太好而导致能带弯曲较小所致。由于具有了储能能力,可将其作为优异的光电容器电极材料来使用,其转换并储存光能的容量为 5.98 mF/cm2（3.77 mC/cm2）。第三,本论文将电容活性物质MnO₂负载于自掺杂TiO₂纳米管上,以进一步增强材料的储能能力。通过连续化学浴沉积法将MnO₂颗粒负载于纳米管上可以获得175 mF/cm2的面积比电容,该值是使用Ti作为基底时的1.52倍;这是因为采用孔状的TiO₂纳米管基底能够增大活性材料的反应面积和降低离子扩散电阻。另一方面,通过一种高脉冲方波沉积法能够消除纳米管壁上的不均匀成核趋势,从而能成功地沿纳米管壁均匀沉积一层MnO₂;形成的TiO₂@MnO₂结构由于最大程度地利用了TiO₂纳米管的表面积,因而获得了 425 F/g的高比电容。最后,本论文将WO₃负载于自掺杂TiO₂纳米管上作为光能转换部件与大容量的TiO₂@MnO₂储能部件相结合,组装成高效的光电容器电极系统。WO₃的负载大大增强了自掺杂TiO₂纳米管对可见光的转换效率,因而可以将其用来对大容量的TiO₂@MnO₂进行光充电。当两部件的面积比为1:1时,体系的工作电位窗口为0.35V,转换光能并加以储存的容量可达76.6 mF/cm2（26.8 mC/cm2）,其中起储能作用的主要是TiO₂@MnO₂。增大体系中光能转换部件与储能部件的面积之比能够加快对体系的光充电速率并提高体系的工作电位窗口,但会降低整个体系单位面积转换并储存的光能。