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本论文的主要研究内容包括：硬碳球(HCS)负载纳米Pt的制备及其作为直接甲醇燃料电池(DMFCs)阳极催化剂对甲醇电化学氧化的催化活性；一种新型球形碳/碳纳米管复合材料(命名为碳绒球)的制备及其作为甲醇电化学氧化催化剂载体和锂离子电池负极材料的研究；具有纳米结构的Pt空心球的制备及其对甲醇电化学氧化的催化活性；纳米Co3O4镶嵌HCS作为锂离子电池负极材料的电化学性能的研究；单晶α-MnO2纳米棒和γ-MnOOH纳米棒的制备和表征。
以乙二醇还原法制备的HCS负载Pt催化剂(Pt/HCS)中Pt的利用率可达到90.5％，比商用Pt/VulcanXC-72催化剂(美国E-TEKInc.)中Pt的利用率(81.0％)高出9.5％，归因于HCS颗粒的单一分散性使其表面的Pt纳米颗粒与电解质溶液具有良好接触。高度分散、平均粒径为4.7nm、具有一定晶面特征的Pt颗粒以及微米级HCS对电极催化层中物质传输的改善是Pt/HCS催化剂对甲醇电化学氧化表现出高催化活性的主要原因。
采用化学气相沉积(CVD)法制备了一种新型球形碳/碳纳米管复合材料(碳绒球)。碳绒球负载纳米Pt(20wt.％,平均粒径为2.3nm)对甲醇电化学氧化表现出高于商用Pt/VulcanXC-72催化剂(20wt.％,美国E-TEKInc.)的催化活性，主要归因于碳绒球表面Pt纳米颗粒的较大电化学活性表面积和碳绒球的大孔和中孔所形成的较大的三维通道对电极催化层中物质传输的改善。与微米级球形碳相比(Pt负载量＜10wt.％)，碳绒球可以使Pt的负载量大幅度提高。Pt负载量为60wt.％时，其粒径仅为4.0nm。以HCS为核芯的碳绒球作为锂离子电池负极材料具有454.0mAh/g的可逆比容量(循环250周后的容量值)和较好的循环性。
以自发燃烧的方式将碳球模板去掉，制备了粒径范围为250-400nm的具有纳米结构的Pt空心球。提供了一种制备具有纳米结构的Pt空心球的新方法。这种Pt空心球由平均粒径为11nm、独立的Pt颗粒组成。碳球中的脂肪族链Cn(n=3,…，12)和碳球表面纳米Pt颗粒的粒径是碳球表面基团发生氧化和自燃的关键因素。以自发燃烧方式制备的具有纳米结构的Pt空心球对甲醇电化学氧化的催化活性是以烧结方式制备的Pt空心球的4.3倍。
将纳米Co3O4颗粒镶嵌在HCS的纳米孔中制备Co3O4/HCS复合材料，作为锂离子电池的负极材料。α-CoO是Co3O4纳米颗粒还原成纳米Co的中间产物。该复合材料的可逆比容量达403.0mAh/g，这归因于Co3O4的高储锂容量、HCS的结构稳定性以及在多孔HCS中的镶嵌对纳米Co3O4颗粒团聚的有效抑制。
在浓硫酸水溶液中以天然鳞片石墨还原KMnO4制备了纯相的单晶α-MnO2纳米棒。提供了一种制备α-MnO2纳米棒的简单方法。提出天然鳞片石墨的Arm-chair型边沿面在α-MnO2纳米棒的形成过程中起着模板作用的机理。在100℃水热处理单晶α-MnO2纳米棒可以得到单晶γ-MnOOH纳米棒。