当今世界，为了解决化石燃料消耗以及环境污染带来的一系列问题，促进世界经济的可持续发展，人类对于低成本高效能清洁可再生能源及能源存储与转换新技术的需求日益迫切。超级电容器和染料敏化太阳能电池(DSC)是两类具有代表性的能源存储与转换器件。但是他们的商业开发及大规模应用受到电极材料成本过高和器件性能达不到要求的限制。因而很有必要为这两类能源器件寻找和开发低成本高效能电极材料。镍基氧硫族化合物包括氢氧化镍、氧化镍和硫化镍等由于具有优异的物理化学性质、储量相对丰富、环境友好且成本相对廉价，是潜在的电极材料。本论文中，在能量存储领域，针对超级电容器，为了替代价格昂贵且对环境有害的RuO2，我们选择了Ni(OH)2和NiO材料，采用原位生长法制备了纳米阵列薄膜，研究了薄膜的能量存储性能;在能量转换领域，针对DSC电池，为了降低器件成本，减少衬底导电玻璃的使用和避免贵金属Pt电催化剂的使用，我们选择了NiS材料，采用原位生长法制备了纳米阵列薄膜及石墨烯硫化物复合薄膜，研究了它们作为DSC对电极的电催化性能和光伏性能。取得的主要研究成果如下:　　1.采用一步水热法在导电玻璃衬底表面原位生长了Ni(OH)2纳米片阵列薄膜。通过研究反应条件如反应时间、反应温度、原料浓度等对薄膜形貌和物相的影响，发现氨水浓度和过硫酸钾浓度是调制薄膜形貌的重要因素。通过研究不同类型添加剂或表面活性剂对薄膜形貌的调制作用，提出了薄膜生长的可能机理。在无添加剂加入时，发现不同镍源即不同阴离子对薄膜形貌也具有调制作用。制备的Ni(OH)2纳米片阵列薄膜可直接用作超级电容器电极且阵列薄膜在碱性溶液中的电荷存储性能与镍源类型即阴离子类型密切相关。　　2.通过热处理将Ni(OH)2纳米片阵列薄膜转化为NiO纳米片阵列薄膜。通过对六方Ni(OH)2和立方NiO晶体结构的对比分析，揭示了薄膜能实现完美转换的原因。所得薄膜可以直接用作超级电容器的电极，为了获得最佳的容量性能，通过探究热处理条件如退火温度和升温速率等对电极容量的影响，得到了最佳热处理条件。NiO纳米片阵列薄膜在碱性溶液中展现了优异的法拉第型电荷存储性能。通过电化学阻抗谱和NiO粉末电极作对比分析，该阵列薄膜具有更优异的容量性能和界面电荷传输性能。　　3.两步水热法原位生长了NiS纳米片阵列薄膜，即将Ni(OH)2纳米片阵列薄膜进行阴离子交换。通过对比Ni(OH)2和NiS的溶度积，揭示了硫化交换反应可进行的原因。通过循环伏安曲线、塔费尔曲线和阻抗谱的分析，表明制备的NiS纳米片阵列薄膜其具有类似于Pt的电催化活性。将阵列薄膜作为对电极组装成DSC电池后，获得了和FTO-Pt电极相当的电池转换效率。利用原位生长法我们也成功制备了Fe3S4和Co3S4纳米薄膜，作为DSC对电极它们也展现了不错的光伏性能。　　4.通过第四章对NiS纳米片阵列薄膜的电催化和光伏性能研究，我们提出了新型对电极的设计思路，即寻找单一的高导电高催化活性的无机材料，同时取代传统TCO-Pt对电极中的导电玻璃和电催化剂。以此思路为出发点，我们采用一步水热法在绝缘玻璃衬底表面原位生长了高导电高催化活性的NiS纳米棒阵列薄膜。通过第一性原理计算NiS的能带结构，从理论上表明NiS为pd金属，具有类金属导电性;通过四探针法测试得到阵列薄膜的方块电阻低于1Ω sq-1，优于导电TCO衬底，从实验上说明阵列薄膜具有高导电性可以作为电子收集体。通过循环伏安曲线和阻抗谱表针了阵列薄膜的催化性能，说明其具有类似于Pt的电催化活性。将NiS纳米棒阵列作为对电极组装成DSC电池后，获得了7.41％的光电转化效率，非常接近FTO-Pt对电极的光伏性能(7.55％)。这种新型对电极的设计思路可进一步降低DSC的成本，促进其产业化。　　5.结合三维石墨烯的高导电性和硫化物纳米颗粒的高催化活性我们构建了石墨烯负载硫化物纳米颗粒的复合对电极。通过热分解含单一金属(Ni和Co)和硫的硫化物前驱体，在石墨烯表面原位负载的硫化物纳米颗粒，调节前驱体浓度和涂布次数可以调控纳米颗粒的尺寸和负载量。通过循环伏安曲线和阻抗谱研究了石墨烯硫化物复合对电极的电催化性能，表明NiS/graphene和CoS/graphene复合对电极均具有和FTO-Pt电极相当的电催化活性，可以用于I3-离子的催化还原。将复合对电极组装成DSC电池后，获得了优异的光伏性能，电池效率略高于FTO-Pt电极。