本论文紧紧围绕纳米科技前沿领域特别是具有光、电、磁和催化功能的低维纳米结构材料的研究，基于新的物理化学制备方法，设计和构筑新的纳米结构，并对它们的结构和性能进行详细研究，以期实现对体系中功能纳米单元的尺寸、形状、组成和结构进行主动调节和控制，揭示体系微结构与宏观性质之间的构效关系，为这些功能纳米结构体系应用于催化剂，传感器，新型纳米器件等奠定基础。主要内容如下： 一、贵金属空心纳米结构的可控构筑与性能研究 (1)Pt空心纳米球的制备和电催化性能研究：巧妙地利用Co纳米粒子与氯铂酸发生置换反应的特点，发展了一种可以一步大量制备Pt空心纳米球的方法。实验发现该Pt空心球的直径约为24nm，其球壳由Pt纳米粒子组成，比相同催化剂载量的实心纳米粒子对甲醇氧化有着更高的电催化性能。该方法提供了一种制备贵金属空心纳米结构的非常简单经济的普适途径。 (2)AuPt双金属空心纳米结构的可控构筑：在成功制备Pt空心纳米球的基础上，利用Co纳米粒子牺牲模板法制备AuPt双金属的空心球，并巧妙地利用磁性纳米粒子之间的磁偶极-偶极相互作用成功地制备出AuPt双金属一维管状纳米结构材料。这种由挤压的空心球组成的一维管状材料的发现为磁性纳米粒子在溶液中当磁偶极相互作用大于位阻斥力时会形成一维链状材料给出强有力的证据。AuPt双金属空心纳米结构的尺寸和形状通过仅仅改变柠檬酸的浓度就可以很容易地进行操纵。 (3)Au空心纳米结构的可控构筑和SPR性能研究：利用Co纳米粒子作为牺牲模板，通过改变起始反应物HAuCl4与还原剂的化学计量比和引入NaBH4来制备具有可控空腔大小的规整的Au空心球。这些空心结构的形成主要归因于两个连续的还原反应。首先是Co纳米粒子还原HAuCl4，然后是NaBH4还原HAuCl4。此外，还成功地将一层厚的氧化硅包覆在金空心纳米球上。利用TEM、XRD、HRTEM、SEM、ED和EDX对这些空心结构进行详细的表征，并利用紫外-可见吸收光谱研究了其表面基元共振性质。结果表明，由于壳层厚度的变化，Au空心结构的表面基元共振峰的频率在526-628nm波长范围内可调。这就使这些具有光学活性的纳米结构在基础研究和实际应用方面都有深远的研究意义。 (4)Pd空心纳米结构的可控构筑：利用Co纳米粒子作为牺牲模板，通过改变起始反应物H2PdCl4与还原剂的化学计量比来制备具有不同球壳厚度的规整的Pd空心球。这些空心结构的形成主要归因于两个连续的还原反应。首先是Co纳米粒子还原H2PdCl4，然后是柠檬酸盐还原H2PdCl4。此外还制备了Pb的空心纳米线。利用TEM、XRD、HRTEM、SEM和EDX对这些空心结构进行深入的表征。这些Pd的空心纳米结构在传感器、储氢以及Suzuki、Heck、和Stille偶联反应等有机反应的催化剂方面有着潜在的应用。 二、金属纳米粒子的可控构筑与性能研究 利用喂种生长的方法成功制备出大小结构可控的Pt多臂纳米晶，并用TEM、SAED、HRTEM、XRD、EDX和XPS等方法对其进行表征，通过改变晶种和金属离子之间的化学计量比来实现大小的控制，并在油-水两相体系中研究了其对环己烯加氢这一反应的催化性能。在此基础上，利用该技术成功制备了Pt-Pd及Pt-Au核-壳结构的双金属纳米粒子。 三、多层磁性纳米线的可控构筑与磁性能研究 (1)有序多孔阳极氧化铝模板的制备：利用阳极氧化技术成功制备出不同孔径的阳极氧化铝模板，研究了多孔有序阵列模板制备的基本规律，讨论了影响模板孔径及有序性的主要因素。 (2)Ni-Pt多层纳米线和磁性能研究：利用脉冲电沉积技术，在多孔AAO模板中成功制备了有序的Ni-Pt交替的复合纳米线阵列。通过使用不同孔径的多孔AAO模板来改变多层纳米线的直径，通过控制电沉积时间来改变多层纳米线中Ni柱形纳米粒子的长度。磁性能测试表明，这些纳米线阵列是磁各向异性，其易磁化轴平行于纳米线的轴。这些纳米线在室温下都具有高矫顽力，而直径为20nm的纳米线具有高剩磁比和高矫顽力。其剩磁比为0.96，矫顽力高达1169Oe，比Ni块材的矫顽力(0.7Oe)提高了约1670倍。如果一个信息位对应于一根复合纳米线，则复合纳米线阵列可达70Gbits/in2的存储密度。该纳米结构阵列在超高密度磁存储方面有潜在的应用前景。 (3)Co-Pt和Co-Cu多层纳米线和磁性能研究：采用恒电势沉积和脉冲电沉积技术在孔径为20nm的AAO模板中沉积得到Co的纳米复合结构，通过交变梯度磁强计对得到的纳米结构的磁性进行表征，探索取得高矫顽力和高剩磁比的方法。结果证明脉冲电沉积技术是得到高矫顽力和高剩磁比的最有效的方法，并且得到的Co-Pt和Co-Cu多层纳米线都具有高矫顽力和剩磁比，其中Co-Cu多层纳米线的矫顽力高达2660Oe，剩磁比高达1。 以上结果对纳米材料的制备、性质和应用等研究具有重要科学意义，所得材料具有应用价值。