磁场(Magnetic Fields)是一种类似于温度,压力,具有基本重要性的热力学参量。物质态的转化主要受外界热力学参量的改变而转变,其转变过程中伴随着能量传递过程。不同于温度和压力,磁场的能量传递方式是一种无接触地,可以直接作用物质的基本组成单元:原子和分子,使得研究人员可以很方便地研究磁场对物质基本性质的改变,包括:物理和化学性质。通过增加材料制备中的调控维度,例如在温度和压力的基础上引入磁场,将很有希望制备出具有特殊物理化学性质的新型功能材料。本文以稳态强磁场实验装置为设备基础,搭建了一系列用于强磁场下材料合成的实验装置及磁场下的光谱测试系统。然后基于搭建的装置为实验平台,研究了磁场对几个纳米材料合成中涉及的经典的化学反应的磁效应以及磁场对光催化反应的磁效应进行了研究。本论文由下面六个部分构成。第一章介绍了磁场的基本概念,与磁场相关的科学研究领域及取得的一系列研究进展,接着介绍了磁场与物质的几种主要相互作用及磁场下的化学反应和纳米材料制备技术。然后介绍了柯肯达尔效应(Kirkendall effect)和电置换(Galvanic replacement)反应,最后介绍了光催化反应及磁场下的光催化研究进展。第二章,介绍了基于稳态强磁场实验装置搭建的一系列磁场下材料制备装置及光谱测试系统。包括:磁场下可控温的高压水热/溶剂热反应釜,磁场下可控温的高温管式炉,磁场下可机械搅拌的光化学反应装置以及磁场下室温光致发光(PL)谱测试系统。第三章,以硅(Si)为例,介绍了磁场对柯肯达尔效应的调控研究。实验中通过控制反应时间和施加磁场,发现硅(Si)虽然是一种无磁材料,但是磁场可以显著加速硅(Si)纳米球的柯肯达尔效应。在T=180℃反应温度下,当不加磁场时,实心硅(Si)纳米球的柯肯达尔效应转化时间需要t=24h,而在施加B=1 T的磁场,仅需要t=5 h就可以完成,该实验结果证明了磁场是一种有效地调控化学反应的手段。第四章,以Mn3O4与Fe2+之间的电置换反应(Galvanic replacement)为例,介绍了强磁场对电置换反应的调控研究。研究中发现温度和磁场都可以加速电置换反应。在只改变温度,不加磁场,将反应温度从T=30℃提高到T=90℃可以显著加速Mn3O4和Fe2+之间的电置换反应。当施加磁场时,在低温T=30℃时,磁场也可以显著加速Mn3O4和Fe2+之间的电置换反应,而在T=90℃,发现磁场可以触发并加速隐藏的柯肯达尔效应,并且实验结果表明磁场触发的是Mn的柯肯达尔效应。这种共存的化学反应导致了产物在结构相似时,组分却不同,研究结果证明了磁场在调控化学反应速率和控制反应产物中具有巨大潜力。第五章,以TiO2光降解甲基橙为例,研究了磁场对光催化反应的磁效应。通过设计不同的实验,研究发现磁场可以显著提升TiO2对有毒染料甲基橙(MO)的降解效率,且发现在较高磁场时磁场对TiO2的催化效果产生了一定的抑制效果。此外在其他的染料降解:TiO2降解亚甲基蓝也观察到了类似的磁效应,在g-C3N4降解甲基橙反应中发现了磁场强度依赖的磁效应,研究结果证明了磁场在优化光催化反应效率方面具有较好的潜力。第六章,是本文的总结和展望,总结部分包括本文中几个研究工作取得进展以及存在的不足,展望部分主要介绍了未来需要解决的问题和需要关注的方向。