由于纳米效应,纳米材料呈现出不同于与相应块状材料的奇特的吸附和光催化性能,而这些性能决定于构成纳米材料的纳米颗粒的形貌和粒径。但是目前关于粒径和形貌对纳米颗粒吸附和光催化的影响机理和影响规律还不完全清楚,严重制约着纳米材料的研究、应用和发展。因此本文将以纳米CeO2的吸附和光催化为体系,通过理论和实验两方面研究粒径和形貌对吸附和光催化性能的影响。首先,本文通过水热/溶剂热法制备了球形和线形的纳米CeO2,并且采用场发射扫描电子显微镜(SEM)和X射线粉末衍射仪(XRD)对制备的纳米CeO2的形貌和粒径进行了表征。其次,在吸附理论方面,通过定义吸附前纳米颗粒和吸附后产物的化学势,引入形状参数,推导出不同形貌纳米颗粒(线形或球形、立方体、正八面体等其他正多面体)吸附热力学性质的表达式,讨论了粒径和形貌对纳米颗粒吸附热力学性质的影响规律和机理。在实验上研究了不同粒径和不同形貌的纳米CeO2对刚果红的吸附热力学性质的影响规律,并与理论关系上进行比较。最后,在光催化方面,通过制备的球形和线形的纳米CeO2,研究了粒径和形貌对纳米CeO2光催化降解罗丹明B的影响规律。通过研究,得出如下结论:(1)通过溶剂热法可制备出不同粒径的球形纳米CeO2,在制备过程中铈源(Ce(NO3)3·6H2O)的浓度、反应的温度、时间均对粒径有一定的影响;并且,通过水热法还可制备出不同直径的CeO2纳米线,在制备过程中铈源(CeCl3·7H2O)的浓度和氨水的量是形成纳米线形貌的关键因素,CeCl3·7H2O溶液的体积是控制纳米线直径的关键因素。(2)粒径和形貌对纳米二氧化铈吸附热力学性质有较大的影响。对于球形/线形纳米CeO2,随着粒径的增加,标准吸附平衡常数减小,而标准摩尔吸附吉布斯自由能、标准摩尔吸附焓和标准摩尔吸附熵均减小,并且lnKθ、ΔadsGmθ、ΔadsHmθ和ΔadSmθ均与其粒径的倒数呈较好的线性关系;通过比较球形和线形纳米CeO2的吸附热力学性质发现,ln Kθ的规律是:球形>线形,而ΔadsGmθ、ΔadsHmθ和ΔadsSmθ遵循的规律均是:线形>球形,而且粒径越小,形貌对其影响越显著。当粒径外推到无穷大时,不同形貌吸附热力学性质会聚集到一点。这些影响规律与理论关系式是一致的。其影响机理是:吸附平衡常数和吉布斯自由能由摩尔表面积和吸附前后表面张力的差值决定,吸附熵由摩尔表面积和表面张力的温度系数的差值决定,吸附焓由摩尔表面积、吸附前后表面张力的差值和吸附前后表面张力的温度系数的差值共同决定。(3)粒径和形貌对纳米二氧化锌吸附和光催化性能有较大的影响。对于球形/线形纳米CeO2,在暗吸附阶段,纳米CeO2吸附罗丹明B的吸附率和吸附速率常数随着纳米CeO2 直径的减小均逐渐增加。在光催化反应阶段,光催化降解率和催化速率常数都随着直径的减小而增大。不同形貌的纳米CeO2,其吸附率、吸附速率常数、光催化降解率和光催化降解速率常数的顺序都是:球形>线形。本文建立的纳米吸附理论,阐明了形貌和粒径对纳米吸附热力学性质的影响机理和实质,能够定量地描述纳米颗粒的吸附行为。纳米吸附理论、形貌和粒径的对纳米颗粒吸附和光催化的影响规律,可为纳米吸附材料和纳米催化剂的设计、制备和应用提供重要参考。