硅纳米线阵列（Silicon nanowire arrays，SiNWAs）是直径小于100nm的硅纳米线以一定取向整齐排列于材料表面所形成的纳米阵列。纳米线自身的物理性质及纳米效应赋予SiNWAs表面多种优良的性能，如低反射和光吸收、催化活性、比表面积大等，从而使SiNWAs在能源、催化、环境以及生物方面具有广阔的应用前景。此外，在一些应用上，相比于分散相的硅纳米线体系，SiNWAs不存在分散和分离的问题。然而到目前为止，无论在结构调控、性能开发和表面修饰方面，SiNWAs的研究都还不够充分，特别是SiNWAs表面改性，大部分已在平滑表面上成熟发展的改性技术及界面性质都未曾在SiNWAs表面尝试，相信若将这些改性方法与SiNWAs自身优异的物理性质及纳米拓扑效应相结合，可以赋予SiNWAs更多意想不到的功能。此外，SiNWAs在催化方面的应用大多还依赖于与金属材料的结合，目前已有初步的探索发现硅纳米线自身或结合适当的表面化学处理，即可拥有良好的催化性能，因此，SiNWAs的催化性能也是十分值得探索的。基于以上原因，本论文主要从SiNWAs的制备、表面修饰以及催化性能三个方面展开研究。主要研究内容如下：首先，研究了SiNWAs的制备以及不同表面处理方式的比较。通过金属催化化学腐蚀法制备了SiNWAs表面。通过调控化学腐蚀时间对纳米线的长度进行调控，采用扫描电子显微镜（SEM）观察到纳米线长度随腐蚀时间的延长而线性增加，制备纳米线长度范围为4~49μm。用“Piranha”和氢氟酸溶液进行表面处理化学组成不同的SiNWAs表面，通过X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱确定“Piranha”处理的SiNWAs表面（P-SiNWAs）富含羟基，而氢氟酸处理的SiNWAs表面（H-SiNWAs）富含Si-H键。静态水接触角测试表明，H-SiNWAs表面呈现超疏水，而P-SiNWAs呈现超亲水，这是表面化学组成与SiNWAs拓扑结构共同作用的结果。其次，研究了经不同表面处理的SiNWAs的催化性能。分别用氢氟酸和“Piranha”溶液处理SiNWAs表面，通过紫外-可见分光光度法研究其催化NaBH4还原对硝基苯酚的效率。结果表明，氢氟酸处理的SiNWAs表面具有显著的催化活性，在该表面上，对硝基苯酚的转化速率随时间的延长而增加，至30min全部完成转化。拉曼光谱表明，Si-H的存在是导致催化活性的关键。此外，比较纳米线长度不同的SiNWAs表面的催化活性，发现纳米线越长，催化活性越高。此外，硅氢化的SiNWAs对其他对硝基苯衍生物也具有很高的催化还原效率。最后，研究了各种功能性聚合物对SiNWAs表面的改性。通过表面引发原子转移自由基聚合（SI-ATRP）的方法在SiNWAs表面接枝了聚（甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯）（PDMAEMA）和聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAAm），水接触角测试表明两种表面分别具有显著的pH响应性和温度响应性，且相比于相同聚合物改性的平面硅表面，响应程度显著提高；将具有不同分子量的、单端烯丙基化的聚乙二醇（PEG）与硅氢化的SiNWAs表面进行加成反应，从而将PEG接枝到表面，改性后的表面呈现超亲水，且能够降低非特异性蛋白质吸附，降低程度随PEG分子量的增加而增加；利用对硝基苯甲酰氯将氨基化的SiNWAs表面活化，然后将聚乙烯亚胺（PEI）接枝到表面，优化接枝时间后获得最高接枝密度为149nmol/cm2，水接触角3°，该表面在抗菌和表面基因转染方面具有潜在用途。