无机微纳米材料的物理和化学性质与其形貌及尺寸密切相关，因此可控合成一直是化学家和材料学家关心的课题之一。其中无机多孔材料由于其具有更大的比表面积，为各种化学反应提供了更多的活性位点，更有利于反应物和生成物的扩散，可以明显地提高材料的催化性能，因此受到了人们广泛的关注。而能源与环境问题是当前摆在人们面前亟待解决的两大难题，从这个角度出发，我们设计了多种无机多孔功能材料，并将其应用于光电转化、污水降解和汽车尾气的消除等领域。另外，碳材料是自然界中广泛存在的、形式多样的、人们最早利用的材料之一。近年来发现的富勒烯、碳纳米管和石墨烯丰富了碳材料的家族，这些新颖的碳分子在向人们展示其完美的结构的同时也显示出优异的光、电、力和磁学性质。据此，我们对碳材料进行了研究，合成了一些具有特殊结构的碳纳米材料，并研究了它们的磁性能。本论文的具体内容有如下六个方面。　　1.以Cu2O和ZnO为研究对象，研究了胶体晶模板的有序度对电沉积所得大孔材料形貌的影响，并提出了两种不同的生长机理:当PS球模板高度有序时，Cu2O和ZnO晶体按照模板孔道的形状生长，形成了三维有序大孔膜;当PS球模板的有序度稍低时，Cu2O和ZnO晶体按照各自稳定的结晶形状生长，形成大孔立方形Cu2O晶体和大孔片状ZnO晶体。并建立了用光子禁带的强度作为判断胶体晶模板有序度的标准，可以半定量地判断模板是否可用于大孔有序膜或形状化大孔粒子的合成。进而将制得的Cu2O三维有序大孔材料应用于光电还原氧气的电极材料，所得光电流是Cu2O块体材料电极的两倍多。　　2.建立了一个可预言合成纯钙钛矿相稀土铁酸盐的反应条件的方法，用计算拟合的方法构建了溶液中多种物种的浓度分布图，可从中预言最佳柠檬酸用量，确保柠檬酸配位聚合物中稀土和铁离子之比为1，成功地构筑了十三种纯钙钛矿相的稀土元素的铁酸盐多孔空心球和实心球。合成的稀土铁酸盐的对CO还原NO生成N2的反应具有优异的催化性能，NO的转化率和N2的选择性在375℃～500℃可达100％，可以与贵金属催化剂相媲美。这种催化剂有望应用于消除汽车尾气中CO和NO的污染。　　3.建立了一个简便有效的一步合成方法，高产率地合成了α-Fe2O3空心纺锤体，研究了反应时间、溶液pH值和乙二醇用量对产物形貌的影响，并提出了空心纺锤体的形成机理。作为催化剂，α-Fe2O3空心纺锤体能高效地光催化污水中苯酚降解，并可重复使用。　　4.成功的以乙酰丙酮铜热分解得到的铜纳米粒子作催化剂，用气相沉积法高产率地合成了螺旋形的碳纳米纤维，考察了反应温度、反应时间和反应气体种类对产品形貌的影响，提出了螺旋形的碳纳米纤维的催化剂顶端生长的形成机理。并研究了H/C比例的提高和氮原子的掺杂对这种纯碳材料的磁性能的影响。　　5.用高温热膨胀并同时用氢气或氨气还原氧化石墨的方法，分别制得了还原氧化石墨烯和氮掺杂的还原氧化石墨烯，考察了反应温度、反应气体种类对产品的形貌的影响，利用各种谱学手段跟踪了还原氧化石墨烯的形成过程，并研究了sp3碳和氮原子的掺杂对其磁性能的影响。　　6.分别以负载有Fe3O4纳米粒子的石墨烯和铜箔做为催化剂，在氨气气氛中热解乙炔，构筑了以石墨层为基底的氮掺杂的碳纳米管/纤维阵列，考察了反应温度、反应气体、反应时间和Fe3O4纳米粒子密度对碳纳米管/纤维阵列的影响。这两种生长在石墨基底上的氮掺杂的碳管/纤维阵列均有望作为燃料电池的阴极氧还原反应的催化剂。