本论文简要地总结了超薄二维(2D)纳米材料相关研究的最新进展,并以此为基础,详细讨论了石墨烯氧化物(GO)、ITQ-2超薄分子筛和TiO2三种超薄2D纳米材料的液相剥离制备方法、表征手段,以及通过组装后复合并在催化和锂离子电池领域的应用。从材料合成的角度来看,目前GO、ITQ-2分子筛和TiO2三种超薄2D材料的产量、质量、数量和生产率还远远不能达到工业化或商业化所需的标准。因此,三种超薄材料面临的主要挑战之一就是实现高产率和大规模生产,以满足行业需求。其次,以上材料的物理、化学和电子性能高度依赖于它们的结构特征,因此,以高度可控的方式制备具有所需结构也是挑战之一。第三个挑战在于识别或开发有效的表征技术来探索它们的生长和复合机理。第四在于探索简单而可靠的方法来稳定这些超薄2D纳米材料,以延长它们的稳定性。第五,对超薄分子筛家族的吸附和催化性能方面的研究还十分浅显。第六,通过静电组装或范德华相互作用可以很容易地制备垂直复合结构,但是包覆型复合结构的获得依旧非常耗时。鉴于此,本论文在介绍超薄2D纳米材料的组成、结构、测试方法及合成所需的的各种原材料、结构和性能的测试方法以外。展示了基于超薄2D材料的复合结构,包括垂直复合和包覆复合两种,和复合结构作为氨气选择催化还原(NH3-SCR)和锂离子电池电极材料领域的应用。具体包括:(1)GO包覆MnO2纳米线。利用GO的大比表面积和导电特性,保持复合结构的氧化-还原活性,并以极少量全包覆并保护MnO2。采用原子层沉积技术将TiCl4低温水解生成的痕量无定形TiO2选择性地沉积在GO管的含氧官能团上,用来调节催化剂的氧化性。与纯MnO2相比,GO和MnO2的复合催化剂具有被延后的氧化性,并因此表现出了较强的抗SO2中毒性能。(2)以GO为结构导向剂,高产率水热合成系列GO和钒酸盐的复合纳米带,拓展了纳米带的组成成分。且GO位于复合结构内部,在支撑主体结构的同时,不影响表面的传质过程,与其他基于GO的复合结构(如GO管和GO片)相比,处在结构内部的GO带基复合结构在锂离子电池中的应用效果更好。(3)分别合成带正电荷的Co(OH)2纳米片和带负电荷的超薄TiO2纳米片,并通过静电组装将两者组装在一起,然后和LiOH一起煅烧相对较短的时间,通过这种方法,成功地将超薄TiO2中的Ti掺杂到LiCoO2中,解决大尺寸Ti源不易扩散的问题。实验验证Ti掺杂的LiCoO2在发生相变时,Li+扩散系数保持不变。结构不会发生剧烈地压缩或拉伸。200次循环后,可逆容量从不掺杂时的22%提高到97%。(4)将两种超薄2D材料GO和ITQ-2分子筛同时作用于MnO2纳米线,形成具有梯度酸性中心的复合NH3-SCR催化剂。当反应温度高于200℃时,即使是少量的SO3生成也可以被固定在ITQ-2分子筛中,而不是覆盖在催化剂的活性位上,一定程度上向高温拓宽锰系NH3-SCR催化剂抗SO2的温度范围。