微纳结构过渡金属氧化物的应用已经成为开启许多先进功能材料和智能设备潜力的重要工具。由于其具有不同的价态和价电子构型而拥有特殊的光、电、磁、力学性质,在变色、发光、催化、传感等许多方面都有应用。其中,一维过渡金属氧化物纳米材料因直接、快速的电子传输性能以及特殊的几何构型,有望成为未来纳米级电子器件的基元之一。此外,基于一维纳米结构有序自组装的多级微纳结构拥有独特的立体空间构架,其中许多具有大的可接触表面积与较多的活性位点数目,这种特殊的构效关系昭示了其应用的广阔前景。本论文以三氧化钨一维材料以及基于三氧化钨一维结构自组装的多级微纳结构材料为研究目标,利用水热法通过筛选反应体系,调整反应体系中各种条件,制备出晶体结构、微观尺度以及形貌可调控的一维结构三氧化钨及其自组装多级结构体系。进而对所合成的产物进行性能探究,包括应用于环己醇催化脱氢体系和环己烯催化氧化体系的催化性能,以及应用于电化学超级电容器的相关电化学性能。本论文所研究的内容主要涉及如下几个方面:(1)以钨酸钠、硝酸为反应物,柠檬酸、硫酸钠为分散剂和结构导向剂,通过水热法制备出沿着[001]轴方向生长的h-WO3纳米棒。值得一提的是,这些纳米棒是由直径、长度一致的h-WO3纳米线自组装而成。实验研究了以这种纳米棒结构三氧化钨作为催化剂,在无相转移剂、无酸性配体的条件下,以双氧水(H202)作为氧化剂催化氧化环己醇合成环己酮。结果表明,在温和的反应条件下(80℃,常压),纳米棒结构三氧化钨能够有效地提高双氧水的氧化能力,使得环己酮的产率由3.1%提高到78.6%,大大高于使用商业三氧化钨时环己酮的产率(43.0%)。同时催化剂也显示出较高的催化稳定性,这为合成环己酮提供了一种以三氧化钨纳米棒为催化剂、过氧化氢为氧化剂的绿色路径。(2)提出一种在不使用模板的条件下仅使用两种常见反应物合成一维结构三氧化钨及多级结构三氧化钨水合物的简便水热方法。仅依靠调节前驱溶液的pH值就可以得到纳米线自组装的三氧化钨棒及由纳米棒自组装的微纳多级结构(球状、盘状)三氧化钨水合物。与此同时,通过对比试验探究了 pH值对于产物晶体结构和形貌的影响机理。进一步,以所制备的微纳结构三氧化钨作为催化剂,以双氧水(H202)为氧化剂氧化环己烯合成己二酸。结果表明,在温和的反应条件(90℃、常压)下这种催化剂能够有效地提高双氧水催化氧化环己烯制备己二酸的产率。(3)以钨酸钠为钨源,通过水热法制备出基于一维结构自组装的三氧化钨水合物(h-WO3·0.33H2O)多级结构材料。该材料的结构除具有h-W03的三元通道和六元通道特征外,还在六元通道中堆积了水分子。这使得质子在晶体内部得以快速嵌入、脱嵌。同时,组成多级结构的h-WO3·0.33H2O纳米棒也给电子的传输提供了大量直接、快速的传输路径。正是由于稳定的晶体通道结构、h-WO3·0.33H2O材料的质子、电子双重导体作用以及特殊的多级结构使得h-WO3·0.33H2O材料具有很好的超级电容性能,在电流密度为0.5 Ag-1时具有391 Fg-1的比容量。同时,在电流密度为10 A g-1时仍能在循环2000次后稳定保持298 F g-1的比容量。