硅酸盐是固体地球的主要组成成分,大自然中的硅酸盐主要以岛状、链状、网状和层状的形式存在,其中层状硅酸盐以其独有的层状孔道结构而吸引了广泛的研究。硅酸盐材料由于其制备简单、来源丰富、价格便宜、及独特的多孔结构在吸附、催化、药物等领域得到了广泛应用。但其固有的一些性能缺陷如导电性较差等又限制了实际的应用。纳米颗粒合成技术的发展使得各种形貌的硅酸盐制备得以实现,也便于将硅酸盐和其他材料进行复合以克服其缺点,进而发挥协同效应。因此,本论文设计合成了一系列具有多层次结构的层状硅酸盐纳米复合材料,从组分和结构上对硅酸盐进行优化,提高其在水处理和锂离子电池中的性能。例如,一维的碳纳米管／层状硅酸镍的同轴结构,二维的硅酸镁／氧化石墨烯三明治结构,三维的氧化镁／介孔二氧化硅纳米球核壳结构。本课题的创新点主要在于：1)首次研究了同轴结构的硅酸镍／碳纳米管在锂离子电池负极当中的应用。通过引入碳纳米管,克服了硅酸镍导电性能差的缺点,提高了复合材料的电化学性能。2)首次合成了三明治结构的硅酸镁／石墨烯,并对其重金属离子和染料的吸附能力进行了研究。3)首次合成了硅酸银／氧化石墨烯和硅酸银／碳纳米管,并对其光催化性能进行了比较和研究。1、使用碳纳米管为物理模板和导电剂,合成了一维同轴结构的硅酸镍@碳纳米管复合材料。层状硅酸镍纳米片的层间距约为0.74纳米,不仅有利于锂离子的嵌入脱嵌,而且可以实现钠离子嵌入脱嵌。碳纳米管使复合材料的导电性能得以提升,有助于电子和锂离子的传输；其空心管状结构也为循环充放电过程中锂离子嵌入和脱嵌提供了缓冲空间,有利于循环稳定性能的提高。作为锂离子电池负极,硅酸镍@碳纳米管在电流密度为50 mA/g的条件下,50圈的循环充放电之后,仍能维持489 mA h/g的可逆容量,远高于纯硅酸镍纳米管的107mAh/g,亦高于文献报道的其他纯硅酸盐材料的可逆容量。2、通过水热法制备二维三明治结构的硅酸镁/石墨烯复合材料,研究其对有机染料和重金属离子的吸附性能。BET比表面积达到450m2/g。复合材料对亚甲基蓝染料和铅离子的吸附符合Langmuir吸附模型,对亚甲基蓝和铅离子的最大吸附量分别为424 mg/g和416mg/g,是纯硅酸镁材料的271%和126%。石墨烯不仅作为负载基体有效地分散硅酸镁纳米片结构,提高了复合材料的比表面积；其自身具有的大量含氧官能团也为复合材料提供了更多的吸附位点,微米尺寸片层结构也使吸附剂可以在重力作用下进行有效分离。除了保留各组分优异物理化学特性,复合材料还表现出良好的协同作用,使机械稳定性和吸附性能得以提高。该复合材料在水污染处理领域有较好的应用潜力。3、合成了三维核壳结构的氧化镁@介孔二氧化硅复合材料。在由氧化镁纳米颗粒组装形成的多孔微球外包覆一层介孔二氧化硅的外壳,不仅提高了氧化镁的机械稳定性,以防止在机械搅拌过程中结构被破坏；同时还为溶液中污染物质的扩散提供了浓度梯度和更好的传质效果。合成的核壳结构复合材料对铅离子和亚甲基蓝分别达到了3155毫克/克和420毫克/克的吸附容量,远高于纯氧化镁对铅离子和亚甲基蓝的2454毫克/克和61毫克/克的吸附容量。4、首次制备硅酸银/碳纳米管以及硅酸银/氧化石墨烯复合材料,并对这两种材料对有机染料的可见光催化降解性能进行了比较。不同碳材料添加含量使复合材料的形貌和性能发生较大变化。对碳纳米管而言,少量加入碳纳米管即可明显提高光催化效率,但进一步增加碳纳米管添加量反而会使光催化效率有所降低;对氧化石墨烯而言,亚甲基蓝去除率随着氧化石墨烯含量的增加而增加。