作为一类重要的功能材料,无机机敏材料能够感知和响应光、热、磁、电等外部环境的变化,是实现材料智能行为的关键环节。更重要的是,伴随着机敏性质而出现的能量形式转换和物理行为改变在能源存储和利用、信息写入和读取等领域有着巨大的应用价值。设计高性能的固体机敏材料以提升感知能力、响应速率和能量利用率一直是人们追逐的目标。随着纳米科技的迅猛发展,固体的低维化处理为提高机敏性能带来了新的希望。低维固体由尺寸降低引起的量子限域效应、表面效应等使其具有与宏观块体材料截然不同的电子、声子结构,因而表现出特殊的电学、磁学、光学等本征物理性质,为优化固体材料机敏性能、发展新型机敏材料提供了一个理想的材料平台。本论文通过分析诱导特定机敏性能产生所需的特殊电子、声子结构,在实现电声结构的功能导向性调制基础上,最终获得低维固体机敏性质的优化和新型机敏性能的开发。作者利用元素掺杂,氢修饰、维度调控、缺陷工程等多种化学处理手段,对低维功能固体的电子、声子结构进行了有效且可控的调制,提升了相关材料对磁、热、光等外场敏感的机敏性能。本论文对低维功能固体电声结构的调制策略为设计高性能机敏材料带来了新的思路。论文的主要内容包括以下几个方面：1.作者通过溶液化学方法首次成功的制备了新物相锐钛矿结构VTiO4零维纳米晶,并在该简单氧化物中实现了大的室温磁-介电响应。利用V4+离子和Ti4+离子原子半径的相似性,V4+离子被大量引入锐钛矿Ti02结构中,形成了V/Ti原子比高达1/1的新型离子型固溶体,成功的将锐钛矿结构引入钒氧化合物体系中。在该结构中,具有3d1单电子的V4+离子的大量引入为其带来了磁有序和极化有序的协同效应。一方面,V4+-O2--V4+之间的超交换作用诱导产生了室温铁磁性。另一方面,由V4+离子带来的姜-泰勒效应使得整体晶格发生畸变,这种晶体结构对称性的降低增强了离子极化能力,进而带来了巨介电效应。上述铁磁和畸变晶格中的声子结构共存进一步诱发自旋-声子相互作用,使得材料表现出大的室温磁介电响应(△ε/ε0=7.2%)。这种向简单氧化物中大量引入姜-泰勒磁性离子的方法为设计和探索新的磁介电机敏材料提供了新的思路。2.利用氢修饰调控了一维钒-钒原子链中电子-电子关联效应,获得了电子声子结构的去耦合调制,优化了单斜相VO2(M)材料的热电性能。通过氢离子对金属绝缘体转变材料V02(M)的修饰作用,成功的向结构中注入电子,.强化了一维钒-钒原子链中的电子关联效应,将原本仅在高温存在的金红石V02(R)稳定到了室温。与此同时,随着氢离子浓度的增加,获得了载流子浓度呈梯度变化的系列样品：金属态氢化V02(R)、过渡态VO2(M-R)以及半导体态V02(M)。最终获得的金属态氢化V02(R)的室温载流子浓度是半导体态V02(M)的1000倍。另一方面,因为氢具有最小的离子半径,因此氢修饰能够维持钒氧骨架结构,保持声子结构没有明显变化。这种通过原位氢修饰的方法,在材料结构变化不大的基础上,完成了对电子-电子关联作用的有效调制,实现了电声去耦合调控,获得了能够在包含室温的宽范围温区内工作的热电性能。值得注意的是,能够在室温或者低于室温的温区内获得高ZT优值的简单氧化物结构是很少的。该实验表明对于电子-电子关联作用的调控将是实现电声去耦合调制,提升热电性能的强有力手段。3.作者利用量子限域效应首次在二维ZrNCl纳米片材料中实现了高效的紫外光热性能。通过化学插锂和液相超声剥离的结合,第一次制备出了具有3～4个ZrNCl结构单层的二维超薄纳米片。在该二维结构体系中,原子层限域作用带来电子弛豫能量的增加；同时,由四原子组成的[Cl-Zr-N-Cl]单层的独特结构产生了更强烈的表面化学键振动。上述协同效应,增强了光生电子与声子的相互作用,进而产生了高效的紫外光能到热能的转换。在200mW/cm2的紫外光照下,二维ZrNCl纳米片可产生5.25W/g的热流,是块材样品的24倍,更是其他宽带隙半导体材料的几十倍,其光热转换效率可达到72%,是目前半导体材料紫外光热转换性能的最优值。该工作不仅实现了一种基于紫外光的新的能量转换形式,同时利用限域效应增强电声耦合的概念也为发展新的光热机敏材料提供了有益的指导。4.作者通过向二维ZrNCl纳米片中引入缺陷的方法,提高了材料的电导率并缩减了能带隙,获得了提升的光电催化分解水性能,首次将金属氮卤化合物体系引入光电催化反应。在可见光照射下(λ≥400nm),含有少量氯缺陷的ZrNCl纳米片在1.6V (vs RHE)时的光电流达到3.3mA/cm2,是不含缺陷ZrNCl纳米片光电流值的7.3倍,含缺陷ZrNCl块材的22倍。实验表明,引入氯缺陷后,ZrNCl纳米片的电导率明显提高,有利于光电催化过程中的电荷转移；同时,含缺陷的ZrNCl纳米片光吸收边进入可见光区,提高了可见光的利用率。此外,相比于块体材料而言,其二维的形貌提供了更多与电解液的接触面积,且与导电基底的接触更为紧密。这种利用缺陷工程对二维纳米材料电子结构调制以实现光电催化过程优化的策略对于优化和发展新型光电反应催化剂具有较高的借鉴意义。