特殊形貌的纳米结构,往往赋予材料特殊的光、电、磁等性能,尤其在光催化降解污染物、染料敏化太阳能电池、气体传感器等诸多领域显示出极大的潜在价值。近年来在纳米结构控制领域取得一定的进展,但获得形貌和尺寸随意调控的纳米结构仍然是一个挑战,需深入研究。本博士论文工作选用TiO2、ZnO、SiO2等材料作为研究体系,根据性能需要合成了特定形貌的纳米材料,并研究其在水处理、光催化、力学、热学等方面的应用,努力探索物质的结构与性能之间的联系。主要研究内容如下：1.不同形貌纳米TiO2的合成与表征：以TiF4为钛源,利用乙醇作为溶剂,采用溶剂热法合成了一系列的不同形貌和尺寸的纳米Ti02颗粒。对这些不同形貌纳米Ti02颗粒的合成过程进行深入研究发现,定向吸附、奥斯特瓦尔德熟化、湿法刻蚀等理论被用来解释其形成机理。研究发现,在合理的机理指导下,控制反应体系的物质组成、反应温度及pH等因素可以更好地控制形貌。研究表明,本实验提供了一种普适的方法,可以应用于合成不同形貌的纳米氧化物。2.特殊形貌Ti02的合成及吸附Cd(Ⅱ)的性能研究：成功地制备了两种高比表面积的Ti02颗粒,即蒲公英和球花。蒲公英和球花的形成过程表明,在蒲公英状Ti02的演化过程中,其晶体生长过程逐渐转变成动力学控制过程,活性的纳米粒子优先在微球表面生长。以卤化物作为形貌控制剂,沿特定方向生长,最终形成蒲公英状的结构；而球花状的Ti02颗粒是由多层纳米片层叠加形成的产物,其形成机理可以分为聚集、溶解-结晶和奥斯特瓦尔德熟化三个阶段。水处理研究表明,这两种特殊形貌的Ti02均是高效的治污纳米材料。3. TiO2/ZnO纳米异质结的制备及其光催化性能的研究：利用溶剂热法成功地制备了两种不同形貌的TiO2/ZnO异质结,为特殊形貌异质结的合成提供了一种有效的方法。TiO2/ZnO异质结中Ti02与ZnO的耦合增加了载流子的寿命,并提高了界面电荷的分离效率。光催化研究表明,两种异质结均表现出优异的光催化活性和可循环使用性。同时,为特定功能材料的合成做了一些尝试性的探索。4.单一维度纳米结构环氧树脂复合材料的性能研究：利用介孔Si02作填料来改性环氧树脂,并对复合材料的力学、热学、介电等性能进行研究。结果表明,具有高比表面积的介孔SiOz可以提高复合材料的拉伸模量、拉伸强度、韧性等；同时,其储能模量和玻璃化转变温度(Tg)降低。5.多维度纳米结构环氧树脂复合材料的性能研究：利用二维蒙脱土的片层结构与纳米TiO2的球形结构与环氧树脂基体相结合,充分利用不同维度填料的协同效应,来提升复合材料的综合性能。尤其是所合成的Ti02纳米粒子具有高的比表面积,能赋予材料更多的活性位点,这将有利于促进纳米填料与环氧树脂基体之间的界面相互作用,从而形成新的立体交联网络来提高材料的性能。研究表明,不同维度复合材料的力学、热学、介电等性能都有全面的提高。这种协同效应的机理也有望应用到其它领域中。