能源的可利用性在很大程度上决定了人们的生活质量。然而,随着全球经济的飞速发展,能源短缺、环境污染和气候变化已经成为制约人类社会可持续发展的重要问题。太阳能取之不尽、用之不竭、节能环保,是最具发展潜力的可再生能源,其研究吸引了众多科学研究工作者。太阳能开发和利用的主要手段是将其转化为其它形式的能量,如电能和化学能等。近几年来,对太阳能的应用已经涉及到太阳能电池、光催化、光存储、光电开关和建筑节能等各个领域。本文主要研究了具有特殊光电性能的纳米半导体氧化物和聚合物微凝胶的可控制备及其在节能环保领域的应用。纳米半导体氧化物,二氧化锡(SnO2)和二氧化钒(VO2),由于其特殊的能带结构,可以用于光催化降解有机染料、太阳能电池的透明电极,也可以被用作热致变色材料,通过元素掺杂等工艺改进可以有效调控其光电性能。而具有最低临界溶解温度(LCST)的聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAm)微凝胶,随温度变化会发生可逆的相变行为,并伴随着光学性能的变化,是制备热致变色型智能窗的理想材料。本文研究了纳米SnO2和PNIPAm微凝胶的可控制备,探索了它们在光催化、透明导电和智能窗领域的应用。为了进一步提高PNIPAm型热致变色智能窗的节能效果,本文还通过原位聚合反应将纳米VO2和PNIPAm复合,制备出无机-有机复合微凝胶,研究了复合微凝胶的复合机理和相变行为,并探索了其在智能窗领域的应用。具体工作如下：1.分别以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、十二烷基磺酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和四丙基溴化铵(TPAB)作为表面活性剂,利用180℃水热反应实现了不同形貌Sn02纳米粉体的可控制备。产物Sn02均为四方晶系,通过改变有机表面活性剂的种类和浓度,成功合成出纳米立方体、纳米棒、纳米片、纳米带和纳米颗粒等。水热反应过程中,表面活性剂可以通过静电作用和范德华力改变Sn02纳米晶的生长取向,使其长成不同的形貌。其作用效果取决于溶剂类型是水系还是醇系。一方面,相同溶剂条件下,加入适量的阴离子表面活性剂(SDS)或阳离子表面活性剂(CTAB和TPAB),均可以从很大程度上改变SnO2纳米晶的形貌,但二者的作用效果明显不同；另一方面,不同溶剂条件下,同一表面活性剂对产物形貌的影响亦不相同。非离子表面活性剂(PVP)对产物形貌的影响与SDS类似,但其作用效果弱很多。2.利用不含表面活性剂和模板的水热反应合成出具有不同三维微观结构(如花状和球状)的金红石相SnO2纳米粒子。研究了醇含量对SnO2纳米粒子形貌的影响及花状和球状微观结构的形成机理,并探索了不同微观形貌对纳米SnO2光催化性能的影响。结果显示,产物SnO2纳米粉体的吸附性能和光催化活性主要取决于其比表面积的大小并在一定程度上受其光学带隙的影响,而这两者均随SnO2微观结构的改变发生变化。改变醇添加剂的含量可以调控SnO2纳米晶的生长取向和尺寸大小,形成不同的生长模式。与花状结构相比,纳米SnO2微球对酸性品红的吸附性能和光催化活性均较高。当溶剂的醇水比为3：1时,产物形貌是破损的空心微球,比表面积为58.2m2/g。它对酸性品红的光催化降解速率约为0.073min-1,35min内其脱除效率即超过80%,且循环使用性能良好,可用作高效净水材料。3.以无机盐为原料,聚乙烯醇为成膜促进剂制备出稳定的前驱体溶液,通过旋涂技术在石英玻璃基板上涂覆了不同厚度(60-600±10nm)的透明导电钨(W)掺杂Sn02薄膜。研究了W掺杂浓度、旋涂速率和退火温度对薄膜形貌、电学性能和光学性能的影响。结果显示,所有膜层均由粒径十几个纳米的颗粒组成,分布均一,表面光滑无裂纹,且薄膜能级带隙较宽(3.93-4.31eV),透光性良好。W掺杂可以从很大程度上改变Sn02基薄膜的微观结构和电导率。当前驱体溶液中W含量为Sn原子的3at%时,经3000rpm旋涂,800℃空气退火后,薄膜的电阻率低至2.8×10-3Ω·cm,经八次涂覆后,膜层的厚度可达606nm,面电阻仅有60Ω,可见光(400-760m)透过率仍然超过80%,适用于太阳能电池的透明电极。4.利用简单的乳液聚合法实现了对热敏性PNIPAm微凝胶的可控制备,探索了各因素对PNIPAm微凝胶形貌的影响,计算了产物的太阳光调控能力,并组装了实验室规模的模型房间以评估PNIPAm型智能窗的节能效果。结果显示,单体浓度、交联剂种类和用量、表面活性剂类型可以从很大程度上改变PNIPAm微凝胶的尺寸大小、网络致密度和太阳光调控能力(最高可达80%),但对其LCST几乎没有影响。而通过添加共溶剂,可以制备出相变温度可调(20.4-32.2℃)、冰点可调(-32～-18.1℃)的PNIPAm微凝胶,其太阳光调控能力仍然高于60%、光学响应时间较短(50～150s)、循环使用性能良好、粘度适中、挥发性低。通过模拟房间测试发现,在150W光照条件下,相对于普通玻璃,PNIPAm微凝胶可以带来超过20℃的温降,是理想的热致变色型智能窗功能材料。5.通过水热法合成了VO2(M)纳米粒子,并采用原位乳液聚合法首次制备出纳米粒子填充型和核壳型VO2-PNIPAm复合微凝胶。研究了无机纳米粒子对PNIPAm型微凝胶网络结构和光学性能的影响,并探索了无机纳米粒子与聚合物微凝胶的复合机理。无机-有机复合微凝胶体系光学性能的改变主要归因于无机纳米粒子对聚合物微凝胶网络结构的影响。当V02含量适当时,将太阳光调控能力为13%的V02纳米粉体和太阳光调控能力为35%的PNIPAm微凝胶体系复合后,所制备VO2-PNIPAm复合微凝胶的太阳光调控能力可以达到88%。