蛋黄-蛋壳结构纳米球是一种具有独特纳米壳层将其内部功能纳米粒子包围而形成的球状空心腔结构复合材料,可发挥空心纳米球与功能纳米粒子的协同作用优势,在吸附、分离、生物医药、催化、能源等领域都具有广泛的应用前景,是材料学科的热门研究领域。尽管蛋黄-蛋壳结构纳米球的研究已取得了显著的进展,但新颖功能蛋黄-蛋壳纳米球,特别是贵金属@空心聚合物及其炭纳米球的设计合成及其应用仍然具有很大的挑战。本论文围绕蛋黄-蛋壳结构纳米球的结构创制和制备方法创新两个关键科学问题,借助超交联化学反应,设计合成了多种具有微孔壳层结构的新型贵金属@空心聚合物和炭纳米球。在成功制备的基础上,研究了所得新材料的结构调控规律,并探讨了它们在锂硫电池、小分子化学反应催化、抗菌以及电化学析氢反应催化等方面的应用,所得到的研究成果如下:（1）Au@空心微孔聚合物及其炭纳米球的设计制备、结构调控及应用在成功合成Au@SiO₂核壳纳米球的基础上,利用表面改性、乳液聚合反应,制备得到多核壳结构Au@SiO₂@聚氯甲基苯乙烯复合纳米球。随后,利用聚氯甲基苯乙烯的亚甲基可进行自交联反应的特点,在无序额外添加交联剂的条件下,便可在壳层内部构筑了丰富的微孔网络结构,去除SiO₂模板组分后便制得单分散的具有微孔壳层结构的Au@空心微孔聚合物纳米球。得益于聚氯甲基苯乙烯壳层的刚性结构,经过高温炭化处理后,Au@空心微孔聚合物纳米球即可转换得到具有高导电率的Au@空心微孔炭纳米球。结果表明,Au@空心微孔聚合物和炭纳米球均具有良好的球形形貌,其比表面积分别可高达871和970 m²/g。此外,研究发现,去除SiO₂模板组分的工艺顺序对Au@空心微孔炭纳米球的纳米结构有显著的影响,先去除SiO₂模板组分后炭化比先炭化后去除SiO₂模板组分更有利于得到高比表面积的Au@空心微孔炭纳米球。通过控制炭化时间,Au@空心微孔炭纳米球的比表面积可在642⁹70 m²/g范围内调控,但炭化时间的增长会对破坏所得材料的纳米球形貌。性能测试表明,所得Au@空心微孔炭纳米球对硝基苯酚催化加氢合成对氨基苯酚具有显著的促进作用。在用作单质硫载体时,Au纳米粒子的引入不仅可提高电极材料的导电性,还可以催化硫到硫化锂转化,对可溶多硫化物产生强化学吸附,进而显著提升材料的电化学性能。因此,相比无纳米Au粒子的空心微孔炭纳米球/硫复合材料,Au@空心微孔炭纳米球/硫复合材料用作锂硫电池正极材料时具有更明显的优势,在0.1 C下具有1385 mAh g^-1的放电容量,经过25圈循环后,仍可以保持712 mAh g^-1。（2）Ag@空心微孔炭纳米球的设计制备、结构调控及应用借助Au@空心微孔炭纳米球的合成经验,利用模板-超交联联用法,在Ag@SiO₂纳米球表面构筑刚性的交联聚氯甲基苯乙烯壳层,经过炭化、去除SiO₂模板组分后制备得到具有良好球形形貌的Ag@空心微孔炭纳米球。在成功制备基础上,探索了其在抗菌和处理甲醛气体等方面的应用。性能测试结果表明,Ag@空心微孔炭纳米球具有优异的抗菌性能,可成功抑制大肠杆菌的生长。同时,该新材料对甲醛气体具有优异的吸附性能,在吸附48 h后,其吸附容量最高可达86.76 mg/m³。（3）Pt@空心微孔炭纳米球的设计制备、结构调控及应用在合成Pt@SiO₂核壳纳米球的基础上,利用表面改性、乳液聚合反应,制备得到多核壳结构贵金属@SiO₂@聚苯乙烯复合纳米球。经过超交联、炭化以及去除SiO₂模板组分等步骤后,成功制备得到和具有电催化活性纳米铂核的Pt@空心微孔炭纳米球。研究发现,随着苯乙烯的添加量的增加,Pt@空心微孔炭纳米球的粒径及其壳层厚度持续增加。典型的Pt@空心微孔炭纳米球的粒径及其壳层厚度分别为260nm和40 nm。性能测试发现,Pt@空心微孔炭纳米球具有良好的电化学析氢反应催化特性,比商业化的Pt/C催化剂具有更好的效能比。