纳米结构功能材料是纳米科技的重要基础之一。在分子水平上，通过分子之间的相互作用，设计、控制和自组装纳米结构材料，并且利用这些纳米结构材料基元来构筑更高级的三维纳米体系正是纳米科技朝向“分子纳米体系”时代发展的重要内容，也是通过“Bottom-Up”技术来实现纳米科技终极目标的重要手段。本论文正是在这一研究背景下，致力于通过分子自组装技术构筑具有特定结构和功能的纳米材料，力图寻求通过自组装技术来发展制备功能纳米材料的简单、经济且较大规模的制备技术。通过选择和设计分子之间的相互作用，成功地设计和构筑出了多种自组装的有机功能纳米材料及无机半导体纳米材料。联合利用多种实验技术对它们的结构和性质进行详细研究，实现对体系中功能纳米单元的尺寸、形状、组成、结构和排列的人为控制，寻求通过分子间相互作用构筑高级三维纳米体系的途径，从而为构建基于这些功能纳米单元的纳米器件及其应用奠定基础。主要内容如下： 一、利用分子自组装技术构筑有机纳米结构有机纳米材料具有许多特殊的光学、电学、化学和磁学等方面的性质。有机化合物的种类也远远多于无机化合物，而且易于制各，特别是容易通过引入各种功能基团来有目的地设计并裁剪材料的性质。但是有机纳米材料的制备要远远落后于无机纳米材料，特别是发展具有特定形状和尺寸可控的有机纳米结构材料，从而实现以其为构筑单元的高级组装仍是纳米材料研究领域的重要内容。因为表面活性剂辅助合成技术常被用来合成良好单分散的无机纳米材料，并且有助于这些纳米材料的高级组装，因此本研究将这种用于无机纳米材料制备的技术引入有机纳米结构材料的合成中，取得以下结果： (1)四吡啶基锌卟啉的一维超分子自组装结构及其三维自组织发展了一种利用表面活性剂辅助的有机分子超分子自组装技术来制备形状和尺寸均匀的四吡啶基锌卟啉一维纳米结构材料的方法，并实现了以其为构筑单元的高级组装。首次较大规模地合成出尺寸及形状十分均匀的卟啉一维纳米结构，并且首次将有机一维纳米结构组织成三维的高级近晶状超结构，从而将对单分散纳米材料的合成及其自组装研究从无机领域拓展到有机领域。 成功地制备了具有中空六棱柱形状的四吡啶基锌卟啉一维超分子纳米结构。这些纳米结构具有均匀且规则的形状和单分散的尺寸，而且通过实验条件已经实现对其尺寸和形态的裁剪。选择实验条件可以制备出这种锌卟啉的超分子纳米棒及纳米线，利用这些纳米线可以方便地研究单根四吡啶锌卟啉自组装结构的光学和电学性质，从而用其作为有机的一维构筑单元来构筑光电纳米器件。详细地考察并分析了各种实验条件对四吡啶基锌卟啉纳米结构形成的影响和规律，根据这些规律可以实现对锌卟啉一维自组装结构的主动设计和控制；利用晶体X射线衍射技术和各种光谱等手段，分析表明四吡啶锌卟啉一维纳米结构具有六方的晶体结构并且是沿着晶体学c轴方向优先生长的，其光学吸收和荧光光谱表现出典型的J-型聚集体特征；并且分析了一维自组装结构的形成过程，给出了可能的形成机理。 与预期结果相同，所构筑的一维纳米结构在简单地蒸发溶剂时，可以自发地组织成十分有序的三维近晶状超结构，这种有序超结构的形成是均匀的规则形状、单分散的尺寸以及表面活性剂分子作用的共同结果。实验中考察了制备条件对三维自组织超结构形成的影响，发现较高的表面活性剂浓度和较短的一维构筑单元尺寸有利于形成更有序的三维近晶状自组织超结构。 由于卟啉类化合物的种类繁多、制备容易，并且具有丰富的催化、光学、电学、化学和生物活性，所制备的锌卟啉一维超分子纳米结构及其高度有序的三维自组织超结构将对卟啉类化合物在物理、化学、生物、及纳米科技领域的应用具有重要意义。 (2)四吡啶基卟啉的一维超分子自组装结构构筑具有特殊形态的微纳米结构也是当前材料科学领域的研究热点之一，实现对材料形态的控制便于我们研究材料的形态与其性质的关系，也会为某些特殊应用带来契机。利用表面活性剂辅助的分子自组装技术，本论文中制备出两类分别具有“种子”形状和“缺陷金字塔”形状的特殊形态的四吡啶卟啉超分子自组装微结构。这些微结构的形态是新颖且单一的，并且通过控制表面活性剂的浓度可以控制其形态。实验中发现产物的形态与溶剂的种类有关，也表明利用适当的表面活性剂可以促进有机分子自组装的长程有序化。 二、利用界面自组装技术构筑复合半导体空心纳米材料无机半导体纳米材料在能量转换、催化、传感技术、纳米器件等领域具有不可替代的地位和作用。按照需求设计并控制纳米结构材料的合成，以及发展低成本、低能耗、简单但大规模制备结构均匀且可控的纳米材料的技术是纳米材料进入实际应用阶段亟待解决的问题。本部分试图从需求出发，设计并利用自组装技术来开发简单经济的大规模制备结构均匀且可控的纳米材料的技术。目前，制备空心纳米结构的方法大多过于繁杂，利用这些方法构筑性能改善的复合材料过程更为繁杂，无法大规模制备。本部分巧妙地利用分子在界面的配位自组装，发展了一种简单、快捷且可以大规模制备的一步自组装合成方法，成功地制备出CdS/TiO2复合半导体空心球材料。该方法具有如下优点：合成方法非常简单，极大地简化了空心球材料，特别是复合空心球材料的合成过程；所合成的空心球材料具有均匀的形状和尺寸；空心球材料的尺寸和壳厚可以容易地通过控制反应条件，例如反应物浓度、搅拌速度和混合温度来控制；所得的空心球材料在蓝紫光波长范围内表现出非常强的双发射谱带，这种光学性质具有重要的光学和电学应用。实验中通过仔细地控制各种反应条件，讨论了界面自组装过程和影响因素，为利用这种方法来合成其它空心材料提供了依据。相信通过选择并优化实验条件，这种界面配位自组装技术可以被拓展来合成其它单组分或复合的无机或有机空心纳米结构。 三、利用聚合物辅助的自组装技术构筑高催化活性的ZnS纳米孔纳米颗粒材料环境保护及污染环境的恢复是与全球人类息息相关的重要课题。高效的半导体光催化剂是解决环境污染问题最有效的途径之一。发展低成本的大规模制备技术，以及提高催化剂的活性是半导体光催化剂迈向工业实际应用所必须解决的问题。制备高比表面积的多孔材料是提高光催化剂活性的主要手段之一。 本部分设计了一种聚合物辅助的自组装技术，成功地制备出具有高表面积的ZnS纳米孔纳米颗粒光催化剂。该催化剂是一种直径约为60纳米的具有多孔的纳米颗粒结构，每个纳米颗粒由许多个直径仅为3至5纳米的纳米晶构筑单元自组装而成，因而具有纳米级孔道的结构。其在光催化领域的应用具有如下优点：1)很高的比表面积，可以达到150g/m2的量级；2)很高光催化活性，实验表明这种新颖结构的ZnS材料对模型系统—染料曙红(四溴萤光素，一种有机染料)的光降解—表现出比单纯纳米晶材料和商用二氧化钛纳米颗粒更高的光催化活性；3)催化基元是尺寸量子化的纳米晶，具有纳米晶光催化的优点；4)既有效地防止了尺寸量子化的纳米晶的进一步聚集，又比单纯纳米晶更容易分离和回收；5)具有良好的分散性，在反应过程中不需要搅拌，降低了能耗；6)制备方法简单、经济，可以大规模生产。因此，可以期望在许多光催化领域，特别是在环境保护及恢复领域具有很好的应用。此外，由于ZnS具有丰富的光电性质，因而在无机发光二极管(ILEDs)、太阳能电池，以及纳米器件等方面也具有潜在的应用前景。 四、自组装的氧化锌仿生微结构氧化锌是目前研究最为活跃的半导体纳米材料之一。各种形态迥异的氧化锌微纳米结构极大地丰富了纳米结构材料的种类，也为人类探索纳米世界带来了无限的兴趣和动力。仿生微结构的构筑能为人类理解生物界提供一种桥梁、模型。本部分利用溶剂热条件下的晶体自组装技术，成功构筑出两种形态独特的氧化锌仿生微结构。研究表明仿生微结构的形成与反应物前体密切相关，控制实验条件，可以获得形态单一的自组装“剑麻状”微结构和“花状”微结构。