低维纳米结构具有许多新奇的物理和化学性质,因此具有广阔的应用前景。低维结构的特性取决于材料的种类和形貌,其电子波函数在某一个或者几个维度上会被束缚,从而产生与块体材料迥然不同的特性,为了满足不同微型化器件与系统的功能要求,比如集成性光伏器件、电控微波元件、纳米发电机、自旋电子设备等,需要制备出结构、形貌、性质不同的纳米结构。本文设计和制备了多肽纳米管列阵和畸变的层状二硫化铼低维结构,通过对结构形成机制的系统研究,探究了它们在电化学和电磁学方面的性质和应用,获得了如下的主要研究成果:1、以联苯丙二氨酸(双肽diphenylalanine,DPA)分子为核心,通过外加电场的湿化学方法制备出垂直阵列的DPA纳米管。通过分析外加电场方向和生长方向的关系,发现FF纳米管表面存在正电荷的分布,运用静电力显微镜(EFM)对纳米管的表面电荷分布进行检测,确认正电荷分布密度为5.02840 ×10-4 C/m2。由于垂直纳米管的比表面积极大和DPA分子的亲水性较好,将上述的纳米管阵列进行了超级电容器测试,一系列的电化学研究表明,在扫描速度为50 mV/cm2时,该纳米管阵列的电容高达1000 μF/cm2,是一种优异的生物兼容的超级电容器材料。2、层状二硫化铼(ReS2)具有稳定的中心对称相(centrosymmetry structure,Tc)和非中心对称相(non-centrosymmetry structure,Td)。然而,由于 Td 与 Tc相原子之间的转变势垒太高(4.57 eV),非中心对称Td相中存在的电偶极矩(electricdipole)在外加电场下无法实现反转,因而不具有铁电性。针对这一问题,我们通过在层状Td-ReS2中引入部分Tc相以改变Re原子的环境,获得了过渡相(transition structure,Tt)。一系列的过渡相介于Td和Tc相之间,表现为非中心对称。用原子力显微镜(AFM)对层状的ReS2进行了表征,获得了一系列二维ReS2薄层,其中有相当一部分为单层,厚度在0.91 nm左右。使用球差校正扫描透射电子显微镜(Cs-corrected STEM)对单层ReS2的原子结构进行了观测,结果证实这些ReS2中不但同时具有Td和Tc相,在Td和Tc相之间还存在介于这两相之间的过渡相(Tt相)。此外,电镜图像也显示,在Tt相处还存在不同程度的Re空位。3、Tt-ReS2为非中心对称相,属于典型的铁电相。第一性原理计算(DFT)表明,当Tt相的原子畸变程度大于30%(设定Td为0%,Tc为100%)时,Tt相内电偶极矩翻转的能量势垒降至0.78 eV以下,因而可在该相内实现铁电性。使用压电力显微镜(PFM)检测了单层Tt-ReS2的铁电性,我们成功观测到了该单层二维材料的面外铁电极化特性曲线和电畴。此外,我们也检测到了层状Tt-ReS2薄膜不同温度下的电滞回线,进一步证实二维材料Tt-ReS2的铁电性。4、对含有Re空位的ReS2各相进行了 DFT计算,发现在非中心对称Td和Tt两相中,Re空位的存在导致ReS2具有磁性。利用超导量子干涉仪(SQUID)和振动磁强计(VSM)进行了磁性测试,结果显示畸变的层状ReS2其饱和磁化强度与Re空位浓度相关,当Re空位浓度为～5.5%时,在350 K下仍然可以检测到磁滞回线,表明了铁磁性质的存在。我们也使用改进型的综合物性测量仪(PPMS)对畸变的层状ReS2磁电耦合特性进行了检验,结果表明在45-65 K之间产生了热释电电流,经过计算获得铁电饱和极化强度为18 μC/m2(Po)。在外加磁场作用下,饱和极化强度受到明显的抑制,当磁场达到2T时,铁电饱和极化强度降到13.5 μC/cm2,证明了二维材料ReS2不仅是室温多铁材料,而且材料中电畴和磁畴在较低磁场下存在耦合。进一步检测磁致极化电流,发现当温度低于32 K时,可产生磁致极化电流,在28 K温度和低于0.9 T磁场下,磁致极化电荷为3.7μC/m2(PH)。第一性原理计算表明,Tt-ReS2相中Re空位附近的电偶极矩和净原子磁矩存在耦合,在外加磁场下铁电极化会被抑制,从而产生磁致电极化。这种畸变的层状ReS2不仅是第一种实验发现的室温多铁二维材料,而且是首个具有磁电耦合特性的二维材料。