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层状材料独特的结构有利于通过插层、剥离、杂化等途径来调控其本征物性,尤其当厚度接近原子尺度,对其表面态的修饰将带来丰富的科学内涵、优异的物理化学性质及广阔的应用前景。过渡金属硫属属化合物(transition metal chalcogenides, TMDs)作为层状材料典型的代表受到广泛关注。本论文从TMDs的相结构调控入手,主要探索稳定的金属相1T-MS2 (M=Mo/W)的结构设计、液相合成及其相关光电性能,发展了自下而上的水热/溶剂热方法合成具有稳定金属相的1T-MS2 (M=Mo/W)及其1T异质结结构,并对合成反应机理、产物的原子结构和光/电催化性能进行了深入研究,相关结果有望为未来设计和制备高效能源转换材料提供新的思路。本论文开展的主要研究内容和取得的研究结果如下：1、发展了自下而上的一步水热法合成出具有稳定金属相的铵根插层1T-WS2纳米带,并探讨了其特异结构与性能的构效关系。研究结果表明,过量含有氨基的硫源是形成插层结构的关键。原子分辨扫描透射电镜(HAADF-STEM)和同步辐射X射线吸收精细结构谱证明钨-钨键重构和钨-硫键形成扭曲八面体,呈现出钨-钨键键长为2.77A的之字形链状超晶格结构,从而表现出奇特的金属电输运特性和丰富的拉曼光散射行为,密度泛函理论从理论上证实了实验观察结果。这种由下而上的铵根插层并稳定金属相1T-WS2合成策略可以拓展到其他稳定金属相1T-TMD的合成如1T-MoS2, 1T-MoSe2和1T-WSe2等,将为基础科学研究领域和电子学、光学和催化等实际应用领域提供丰富的材料基础。2、通过改进水热合成方法制备了克量级金属相1T-MoS2纳米片,利用HAADF-STEM和EXAFS手段证明了Mo-Mo键长收缩为2.72A而形成之字形链状超晶格结构,Mo-S键形成了扭曲的八面体配位环境而表现出1T相,与密度泛函计算结果一致。光解水产氢实验结果表明1T-MoS2具有优异的光催化性能,这主要是源于更有效的电子空穴分离效率和更多的反应活性位点。这种自下而上的稳定金属相1T-MoS2的大规模合成方法为原位合成具有紧密界面的1T相异质结电催化剂和光催化剂提供了可能性；同时,这种由过量含有氨基的硫源合成铵根插层结构的方法有望推广到其他具有类似结构的稳定金属1T相的层状过渡金属硫属化合物(例如MoSe2和WSe2等)的高效合成上,从而为其在电子学、光学、催化和其他相关领域的潜在应用提供了机会。3、通过溶剂热方法在CdS纳米棒上原位生长了1T-MoS2.测试结果表明当负载量仅为0.2 wt%时,相对于纯CdS, CdS@1T-MoS2异质结的产氢速率提高了39倍。同时,稳态和时间分辨的光致发光光谱及超快吸收光谱进一步证明了助催化剂1T-MoS2的存在使得CdS纳米棒上的光生电子快速地被转移,从而显著抑制了电子空穴的复合。该方法具有普适性,借助该方法我们也成功合成了TiO2@1T-MoS2异质结,实现了显著增强的光催化产氢性能。这些工作提供了一种可以在半导体表面原位生长金属相1T-MoS2异质结的新方法,这种非Pt的高效廉价助催化剂的引入显著提高了光催化性能,为设计高效光催化体系提供了机遇。4、发展了原位合成方法在单壁碳纳米管薄膜表面原位生长稳定的1T-MoS2纳米补丁,实现了二硫化钼电催化剂形貌上纳米化,物相上金属相化以及与高导电衬底紧密结合的多重协同调控作用。理论计算表明,与单壁碳纳米管薄膜紧密结合的1T-MoS2与纯的1T-MoS2相比较而言,碳纳米管可以将电子有效地转移到1T-MoS2上,使得其与*H的结合能降低,表面产生的H2更容易释放。电化学析氢测试结果表明,该1T-MoS2/SWNT复合材料具有优异的电催化析氢反应性能：其起始过电位约为40 mV；塔菲尔斜率仅为36mVdecade-1;同时,表现出优异的化学稳定性。多种表征结果证实1T-MoS2纳米补丁超小的尺寸(约为5nm)可以暴露出更多的活性边缘和面内催化活性位点,同时碳管与1T-MoS2的紧密接触有效降低了转移电阻,两者协同作用带来优异的电催化性能。这种在碳管膜上原位生长1T-MoS2纳米补丁的策略为进一步提高催化剂的性能创造了可能。