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光催化、电催化、热催化、有机物转化等多相催化是在液-固、气-固、气-液等界面上发生的催化反应。在清洁能源的开发利用及工业生产中,多相催化过程都扮演着十分重要的角色。多相催化剂的开发极大程度地促进了各类催化反应的进行,其中二元氧化物半导体因合成方法简单、低毒、活性高、稳定性高等优点更是引起了人们广泛的关注。由于多相催化反应主要发生在表界面处,所以低的比表面积和弱的界面相互作用往往不利于获得高的反应活性和优异的催化效率。大量研究表明,特殊晶面的暴露及低维或多孔结构的构筑可以有效地增加反应活性位点,并且强相互作用界面的存在可以大大提高电子利用率。因此,设计合成具有高比表面、特殊暴露晶面或强界面相互作用的二元氧化物半导体催化剂,实现其优异的催化性能,对推动多相催化技术在清洁能源及工业生产等领域的应用具有重要意义。本论文以二元氧化物半导体为主要研究对象,首先设计合成了低维的暴露不同晶面的氧化物和多孔氧化物半导体,进而利用溶液化学和表面化学,构筑强界面相互作用的异质结构纳米复合氧化物。这些表界面的构筑提高了材料的催化性能,所获得的主要研究成果如下:1、CeO2量子点的压力诱导合成:利用高压化学方法,将压缩氩气及消化试剂引入到溶剂热反应体系中,通过改变合成压力和反应时间调控合成了{001}面暴露的CeO2立方块和{111}面暴露的CeO2截角八面体。研究发现在5 MPa压力下随着反应时间的延长,CeO2纳米晶呈“自上而下”的逆生长模式,逐渐由暴露{001}面的长约10 nm的立方块减小为暴露{111}面的长约5 nm的截角八面体。这主要是由于{001}面的稳定性较差,在还原性消化试剂存在的情况下,更容易产生氧空位。在压力的作用下,应力集中在这些氧空位上使Ce-O键断裂,形成暴露{111}面的截角八面体CeO2量子点。该工作可为可控合成低维晶面调控的氧化物半导体提供新的设计方向。2、界面异质原子掺杂的多孔SnO2:以含锡金属间化合物为前驱物,通过氧化-刻蚀的方法合成了系列异质原子掺杂的多孔SnO2,即具有大量30 nm孔道的Ni掺杂爆米花状SnO2和两种不同形貌的Cu掺杂SnO2纳米笼。由于MOx（M=Ni,Cu）在SnO2中固溶限较低,所以金属离子掺杂在SnO2的表面会形成一个特殊的表/界面结构,并且经选择性移除MOx后会产生大量的孔道。其中Ni掺杂的SnO2在甲醛检测上展现出了高的灵敏度,具有低的操作温度和短的响应时间（23.7,50 ppm甲醛170 oC,5s）。Cu掺杂的SnO2在CO氧化和高氯酸铵热分解上均展现了高的催化活性,大大降低了转化温度。该研究将为多孔氧化物催化剂的设计与合成提供了一些新的方法。3、非晶态多孔NbOx/g-C3N4的合成及强界面耦合效应:通过一种简单直接的自发耦合过程合成了界面增强的非晶多孔NbOx/g-C3N4异质复合材料。测试发现,所制备的NbOx为非晶态多孔结构,具有高的比表面积（205 m2/g）和大量不饱和配位的Nb和-OH,以及丰富的酸性位点（418?mol/g）和碱性位点（184?mol/g）。分析表明这些酸碱位点可以与g-C3N4表面上的-NHx和C-OH通过静电作用相互吸引,形成Nb-O-H???N-和Nb-O???H-O-C氢键,从而使NbOx和g-C3N4之间表现出强的电子相互作用,更促进了光生电荷分离效率,提高了光生电子利用率。在模拟太阳光下,NbOx/CN-0.05展现出了优异的光解水活性(90.2?mol?g-1?h-1),明显优于单独的g-C3N4(8.9?mol?g-1?h-1)和NbOx(26.3?mol?g-1?h-1)。在可见光照射下,NbOx/CN-0.05的析氢效率(53?mol?g-1?h-1)是单独g-C3N4(3.8?mol?g-1?h-1)的14倍,甚至优于P25(16?mol?g-1?h-1)。4、亚稳态CaCl2型TiO2与金红石相TiO2共生的异质复合材料的合成。利用溶液化学法成功制备了高压亚稳态CaCl2型TiO2与金红石相TiO2共生的异质结构纳米复合物。并通过改变TiCl4的浓度和反应温度绘制了合成相图,获得了该共生异质结构的形成区域。该亚稳态CaCl2型TiO2被认为是金红石结构沿着相邻的c轴带扭曲后的一种结构。产生这样的亚稳相,通常需要对金红石相TiO2施加几千兆帕或更高的压力。然而在溶液化学反应体系中,两种纳米颗粒产生了共生关系,使CaCl2型TiO2与金红石相TiO2通过位错连接,具有高的结构稳定性和强的相互作用力,形成了一个还原能力和电荷分离效率同时增强的CaCl2/金红石TiO2异质结。这些特殊的结构特点赋予了共生的CaCl2/金红石TiO2异质复合材料优异的光解水催化活性。在无助催化剂的协助下,其光解水性能优于商业的P25。这些发现可能会为设计合成具有更强界面电荷分离功能的共生异质纳米复合物提供更多的认识。