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金纳米颗粒在催化、传感、生物医药等领域具有广泛的应用前景。然而,较大的表面自由能导致金纳米颗粒易发生团聚,进而导致其活性和使用寿命降低。核壳纳米材料是一类结构新颖的复合纳米材料,由于外壳的保护作用,内核能够保持较好的分散性和活性,为改善金纳米材料的性能带来了机遇。目前,对核壳纳米材料的报道相对较少,其制备技术还不够成熟,核壳材料结构与性能关联的研究也不够深入。本论文通过不同方法制备了具有核壳结构的金基纳米复合材料,并在催化和传感领域进行了应用研究。通过精细调控核壳纳米材料的组成和结构改善材料的催化和气敏性能,实现高活性和长使用寿命的金基纳米催化剂的可控制备。同时,深入分析材料微观结构及表面组成与材料性能之间的关系,为材料的实际应用奠定理论基础。具体研究内容如下：1.多孔核壳纳米材料Au@SiO2的制备及4-硝基苯酚催化还原性能研究。采用Stober法结合水热腐蚀法制备了多孔氧化硅包覆金纳米的核壳纳米材料Au@pSiO2,以4-硝基苯酚催化还原为模型反应研究了水热时间、水热温度、表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的存在与否和金物种对Au@pSiO2的孔结构和催化性能的影响。研究表明,Au@pSiO2具有良好抗烧结性能,阳离子金物种有利于提高4-硝基苯酚催化还原性能,PVP的存在降低催化性能。随着煅烧温度升高,金表面的PVP被逐渐除去,阳离子金物种相对含量逐渐降低。受PVP和阳离子金物种两者的共同影响,不同温度煅烧的Au@pSiO2催化活性顺序如下：500℃-Au@pSiO2>350 ℃-Au@pSiO2>700℃-Au@pSiO2>未煅烧的Au@pSiO2,500℃-Au@pSiO2的反应速率高达14×10-3S-1μmolAu-1。诱导期与PVP的存在有关,煅烧前Au@pSiO2中金表面存在的PVP阻碍了4-硝基苯酚的吸附和迁移,从而产生诱导期；高温煅烧除去PVP后,诱导期消失。2.花状Au@NiSiO中空核壳纳米材料的制备及其4-硝基苯酚催化还原性能研究。采用SiO2模板结合水热腐蚀制备了花状Au@NiSiO和Au@CoSiO中空核壳纳米粒子。以Au@NiSiO为例,考察了反应物浓度对Au@NiSiO中空核壳纳米粒子结构以及4-硝基苯酚催化还原性能的影响。反应物浓度影响壳层越厚和空腔大小,正硅酸乙酯浓度决定Au@NiSiO的整体粒径。Au@NiSiO的催化反应速率主要受花状结构的影响,丰富的花状结构利于催化底物的吸附和催化性能的提高。NiCl2(HMTA)使用量为0.1 mmol时,TEOS使用量分别分别为50和100μL时制备的Au@NiSiO具有较高的催化活性,其反应速率分别为47×10-3和29×10--3s-1 μmolAu-1,k1值分别为0.358和0.245 min-1,二者使得4-硝基苯酚完全转化的时间均为13 min,前者诱导期为3 min,后者无诱导期。诱导期与金含量和花状结构有关,金含量越大,花状结构越丰富,诱导期越短。因NiSiO壳层保护作用Au@NiSiO具有较好的稳定性,循环使用6次并无失活现象。3.不同结构Au@CeO2核壳纳米材料的制备及其催化氧化CO性能研究。采用SiO2模板法制备了中空CeO2纳米材料(H-CeO2)、中空核壳纳米材料(Y-Au@CeO2)和内表面镶嵌金纳米的多金核中空核壳纳米材料(E-Au@CeO2)。考察了煅烧气氛(H2、O2)对材料催化氧化CO性能的影响,深入分析了金物种、金铈合金和金与氧化铈间的强相互作用(SMSI)等因素与催化性能之间的关系,从原子水平上理解催化机制。研究发现,影响H-CeO2催化活性的主要因素是吸附氧和氧空位,而对Y-Au@CeO2和E-Au@CeO2催化性能起主要作用的是阳离子金物种和SMSI。O2煅烧处理利于阳离子金物种形成,提高了材料的催化性能；H2煅烧处理可能使材料中产生AuCe合金,降低了材料的催化活性。E-Au@CeO2因具有较小的金粒径和较大的金与氧化铈之间的界面接触面积,使其在H2和O2气氛中均具有较大的SMSI。Au@CeO2核壳纳米催化剂的催化性能遵循以下规律：E-Au@CeO2-O2>Y-Au@CeO2-O2> Y-Au@CeO2-H2>E-Au@CeO2-H2,其中E-Au@CeO2-O2的T90低至74℃,75 ℃时的反应速率高达1.06 molco h-1 g-1Au。催化剂Y-Au@CeO2和E-Au@CeO2的稳定性好,催化反应60 h后活性无明显下降。4.采用常压油浴法,以In(NO3)3和HMTA为原料制备了棒状In2O3和Au/In2O3,该法具有操作简单、环保节能等优点。考察了Au的引入、煅烧温度等条件对材料气敏性能的影响,构建了材料制备、微观结构与气敏性能之间的关联。研究表明,纯的In2O3在室温下对CO并无响应,加入金后,In2O3表面吸附氧含量增加,电子耗尽层增厚以及室温下金对CO的活化作用使得气敏性能得到极大提高。随煅烧温度升高,Au/In2O3的棒状结构逐渐被破坏和金粒径的长大使得气敏性能逐渐降低,300℃煅烧的Au/In2O3具有最好的气敏性能,其对100ppmCO的响应值为9,响应时间和恢复时间均为30 s。