众所周知,材料的性能往往由其成分和结构所决定。纳米材料因其多样的组成和新颖的结构,往往呈现与其对应块体材料迥然不同的物理化学特性,比如增强的催化性能、特殊的表面活性、显著的磁性和较高的导电性等引起了极大的关注。多元金属纳米材料由于具有多种金属阳离子具有可变的化合价态,更多的金属活性位点,复杂的化学电化学活性成分及其协同作用,从而具有异常高的比容量/电容等优点。二维功能纳米材料具有快速的电子传导,极大的比表面积、几乎100%的表面、极高的表面能,其独特的形貌和独特的电子结构无疑为实现超级电容器的高能量、高密度以及长循环寿命提供了支持。而中空材料具有比表面积大、表面渗透率高和密度小等独特的结构特性,在电化学储能、催化和药物载体领域备受关注。因此多元金属氧化物的超薄片和中空结构的研究具有重大的意义。本文利用简易的合成方法,在温和的反应条件下制备出一系列多元金属氧化物超薄片和中空结构纳米材料及复合材料,通过改变反应条件精细调控产物形貌和成分。通过相关的表征和性能测试,对纳米材料的形貌和成分对其性能的影响展开了探索,主要内容如下:1.普适的绿色模板法低温合成多种类二维超薄片以高分子多糖衍生物软模板羧甲基纤维素钠为软模板,合成了多种金属氢氧化物(如Ni(OH)2、(Co(OH)2、Cd((OH)2、和Mg(OH)2),金属氧化物(如ZnO和Mn3O4)和水滑石型多元过渡金属氢氧化物(Ni-CoLDH、Ni-FeLDH、Co-FeLDH、Ni-Co-Fe三元金属氢氧化物)超薄片。绿色廉价的CMC的不仅能够大量制成高质量的原子级厚度的二维材料,其温和的反应条件、可推广的反应机理为二维片的工业化生产提供了可能。此方法简单、温和、绿色且通用,并且所得产物表现出超薄的厚度和极高的纯度以及良好的结晶性。我们以Ni-Co LDHs(layered double hydroxides)为赝电容活性材料,测试了其超级电容器性能,在lA.g-1的电流密度下,其比容量在经过了 500圈循环后稳定在1087 F.g-1,表现出较高的比容量和良好的循环稳定性。2.双头桥联双层中空双金属氧化物的合成及其电化学性能测试以成本低廉的葡萄糖为碳源,对应的金属盐为金属源,在水热的条件下,一步得到了均匀包含Fe3+,Zn2+离子的,结构为两两相连的双头前驱体。在快速的升温条件下,双头前驱体迅速反应,相连部分由于结晶过程中的形变应力被拉伸成为双头桥联状的多层中空结构ZnFe204。同时我们对该反应体系进行了推广,得到了相同结构的ZnMn2O4/ZnO复合材料,验证了实验方案的可推广性。同时,对ZnFe204进行了超级电容器和锂电性能测试。3.以PBA为前驱体合成多种中空笼状多元金属氧化物我们通过高分子PVP增加反应体系黏度,以及添加配位剂柠檬酸三钠使得金属离子缓慢释放,控制合成了包含有多种金属离子的类普鲁士蓝前驱体,其中通过调节各种反应条件,最终得到多种离子均匀分布的、形貌规则的、大小均一的、在普鲁士蓝的立方结构上又别具特色的立方前驱体。将前驱体进行了高温处理后,我们得到了对应的多元金属氧化物,由于加入离子的不同,使得反应过程中的生长速度之间出现差异,在保持PBA立方结构的基础上,又得到了各不相同的更为精细的立方结构,其中Zn-Co体系中得到了由薄片组成的三维结构的立方多孔的形貌,Ni-Co体系中得到了面心凹陷的中空纳米笼,Mn-Zn体系中得到了厚壁的中空纳米盒,Mn-Co体系中得到了薄壁的堆积在一起的中空纳米盒。此反应体系不仅产物形貌独特,同时可以进行多种元素以及多种比例的掺杂,可推广性十分广泛,对于得到结构新颖的高曲率的非球形中空材料,以及具有复杂成分的多功能的铁酸盐材料无疑是非常有意义的。