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二氧化钒(VO2)是一类重要的热致相变氧化物，其晶体结构在一定条件下可由高温的四方金红石结构转变为低温的单斜结构，导致其电阻率发生突变达4～6个数量级，因而VO2在热敏电阻材料、光电开关、光学存储以及智能涂层等领域具有重要应用价值。然而，通常情况下VO2的相变温度约为68℃左右，距常温应用仍有一定的差距。过渡金属或稀土离子掺杂可以降低VO2材料的相变温度。将VO2材料进行纳米化加工也可以赋予VO2一些与尺寸和纳米结构关联的新奇特性。当前，纳米VO2热致相变材料已成为钒氧化物相变材料研究的热点，纳米VO2热致相变材料的制备方法较多，如水热、溶剂热、热分解以及气相沉积等方法，但多数方法所得VO2纳米粒子的粒径较大，尺寸分布不均匀，团聚严重，无法作为研究纳米VO2材料尺寸、结构.相变性能依赖关系的模型体系，因此，开发新型纳米VO2材料的控制合成方法则显得极为迫切且重要，而研究介观尺度下，VO2纳米粒子的尺寸、形貌及结构与其相变特性的关联关系将为钒氧化物材料走向实际应用提供重要理论和实践指导。
本文基于上述研究背景，开发了软化学合成方法(高温液相分解和配合物前驱体高温热解法)，通过调控合成路线和反应条件，获得了具有不同形貌、颗粒尺寸均匀、单分散性的VO2纳米粒子和结构均一、孔径相对均匀的VO2纳米孔结构材料，借助XRD、TEM、SEM、XPS、IR等表征手段研究了VO2纳米粒子和VO2纳米孔结构材料的控制制备机理、结构、物相以及相变特性等性质。同时，本文还通过原位掺杂的方法，制备了稀土和过渡金属(Ce4+、Mo6+、W6+)掺杂的纳米VO2材料，初步研究了掺杂型纳米VO2材料的尺寸、形貌、结构、组成等特性，对掺杂前后纳米VO2材料的相变特性的变化进行评价。主要研究内容及结果如下：
⑴以V2O5为钒源，通过系列还原反应制备了甲酸氧钒[VO(COOH)2]或草酸氧钒[VOC2O4]前躯物，在惰性气氛条件下，将该类简单的钒化合物前躯体在油酸/油胺/十八烯高温混合溶剂中进行液相热分解反应，通过对反应体系中混合溶剂的用量和比例以及其它反应条件的调控，制备了系列不同形貌、颗粒尺寸均匀、单分散性的VO2纳米粒子。研究表明，油酸/油胺/十八烯等有机溶剂作为表面修饰剂对VO2纳米粒子的成核和生长具有一定的修饰和调控作用，因而通过该法可以获得较小粒径、分散度高、结构可控的VO2纳米粒子。同时，本文还通过原位掺杂的方法，制备了VO2:Ce4+、VO2:Mo6+和VO2:W6+的掺杂型纳米VO2材料，初步研究了掺杂型纳米VO2材料的尺寸、形貌、结构、组成等特性。
⑵以草酸氧钒为前躯物，聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯嵌段共聚物(P123)为表面活性剂，通过前驱物在惰性气氛中高温热解的方法首次制备了VO2纳米孔结构材料，该类材料的孔结构、孔尺寸和形状与制备过程中所使用的pH调节剂、表面活性剂以及加热温度等条件密切有关。通过一系列表征手段，较为详细地研究了温度、pH值、pH调节剂种类、表面活性剂等对VO2纳米孔结构材料的多种自组织结构模式，孔结构形成机理以及孔材料的特性进行了研究。