空心结构材料在药物和生物分子的可控释放、能量存储、传感、环境净化等方面具有广阔的应用前景,开展其可控制备和性能研究具有重要的科学和经济价值。目前空心结构材料的制备方法包括常规模板合成、牺牲模板合成、软模板合成和无模板等。这些方法仍然有一些局限,如产品的产量很低,繁琐的工艺条件,昂贵的生产成本,以及难以合成人们需求的理想结构和功能。本文发展了一个简便、重现性好可大量制备二氧化硅空心球的方法,采用各种现代分析测试手段对其进行了表征,发现该二氧化硅空心球具有奇特的隔热和吸油性能,所得的主要研究结果如下：本文采用SiF4气泡水解法制得了二氧化硅空心球,该方法具有简便、重现性高、可大量制备等特点,所合成二氧化硅空心球的大小分布范围为0.36至1.4μm之间,其球壳厚度仅为12nm左右,具有很好的热稳定性,即使在1000°煅烧2h后,空心球结构仍然保持不变。纳米压痕研究表明,该超薄二氧化硅空心球具有很好的可塑性,其球壳硬度为8.0 Gpa,与块状二氧化硅的硬度(9.1Gpa)接近。该超薄二氧化硅空心球表现出许多奇特性能,在隔热保温和环境净化等方面具有潜在应用价值,具体如下：在保温方面的应用,二氧化硅空心球的导热系数仅为0.0325 W m-1 K-1,远远低于传统的无机保温材料玻璃纤维的导热系数(0.08 Wm-1 K-1),可与目前最好的保温材料二氧化硅气凝胶相比拟(0.017～0.041 W m-1 K-1),其原因是它独特的空心结构,大大降低表观密度,减少空气在其中对流传热,并降低了热辐射。在除油方面的应用,从被油污染的水中提取油目前是一个全球性的环境挑战问题。我们用六甲基二硅氨烷修饰二氧化硅空心球使其憎水。由于其疏水性和超低密度,使其能能浮在水面上。经过六甲基二硅氨烷修饰后的二氧化硅空心球,对水中各种不同有机溶剂表现出很强的吸油能力,对正己烷、苯、甲苯、乙酸乙酯和菜籽油的吸油值分别为21.7、21.7、22.2、19.4和25.6 mL g-1。在光催化方面的应用,通过TiCl4和空心球二氧化硅一起水解,将Ti02光催化剂负载于二氧化硅空心球上,复合后的TiO2/SiO2由于空心球多重散射的作用,增强了光利用率,从而显著提高二氧化钛光催化活性。