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科技产品的革新推动了时代的进步,却衍生出器件、能源和环境三者之间的关联与矛盾,解决这一问题的核心是研发性能优异的新兴多功能环保材料。其中铌基材料得到了特别关注,作为典型代表,铌基铁电材料、铌基层状材料和铌基储能材料,三者相互联系,并展现出巨大的多功能应用前景。铌基铁电材料可用来研发速度更快的铁电存储器,并有望取代现阶段常用的含有毒铅元素的铅基压电材料。铌基层状材料由于其独特的层状结构,可用来研发高效的吸附-光降解催化剂,从而解决环境污染问题。铌基储能材料具有本征的储锂优势,可用来研发高倍率长寿命的动力电池。目前铌基材料的这些相关研究较少,并留有诸多难题亟待解决。基于此,本论文开展的研究工作和创新点主要包括以下几点:（1）采用改性的溶胶凝胶法成功制备了高质量的无铅压电K0.5Na0.5Nb1-xMnxO3-δ（KNNMx）薄膜。系统探究了锰元素掺杂对KNNMx薄膜的晶体结构、形貌、晶格振动、光学和电学性质等的影响。研究结果表明,掺杂的锰元素的价态由2+价升高到3+价,并替代Nb5+位置。锰元素掺杂后可以有效地减少氧空位和空穴,从而显著提高KNNMx薄膜的铁电性,并认证了最优的锰掺杂量为6 mol%。当应用电场为1000 kV cm-1时,KNNM0.06薄膜获得了较大的2Pr(51μC cm-2)和较小的2Ec(265 kV cm-1)。利用Adachi介电函数模型和四相层模型成功拟合了KNNMx薄膜的椭圆偏振光谱,并合理解释了其光学色散行为。当提高锰元素的掺杂量时,KNNMx薄膜的光学禁带轻微地减小,而高频介电常数线性地增大。光学禁带和消光系数随温度的变化规律揭示了KNNM0.06薄膜光学性质与结构相变之间的关系。此外,KNNM0.06薄膜主要显示了面内180o铁电极化纳米畴行为。（2）采用改性的溶胶凝胶法和水热法成功制备了层状的K4Nb6O17（K4N）薄膜和纳米粉体材料。系统探究了薄膜的光学和电学性质,以及纳米粉体的光催化和储能应用。研究结果表明,K4N薄膜具有择优的（040）生长取向,并表现出微弱的铁电性。当应用电场为630 kV cm-1时,K4N薄膜的2Pr约为1.9μC cm-2。通过拟合椭圆偏振光谱成功提取了K4N薄膜的介电函数。相关的光谱学习（拉曼、红外、透射光谱）和理论计算分析深入揭示了K4N的本征物性。认证了染料溶液的pH对K4N的吸附和光降解性能影响很大,由于染料敏化效应,K4N纳米薄片在紫外和可见光照时都显现出优异的吸附-光催化性能。将制备的K4N纳米薄片应用于光催化制氢实验中,获得了高达1460μmol h-1g-1的产氢速率。此外,本论文将制备的K4N纳米材料应用于锂离子电池阳极材料研究中,其首圈的放电比容量可高达513 mA h g-1。（3）采用改性的碱性水热法,通过调节硫脲的加入量成功制备了介层空间可控的KNb3O8纳米材料,并系统研究了其光电性质、光催化和储能应用。研发结果表明,染料的pH和有差异的介层空间取向都对KNb3O8的吸附和光降解性能影响很大。5 g硫脲衍生的KNb3O8样品具有择优的（020）介层取向,其比表面积能高达63.5 m2 g-1,且吸附-光催化性能优于商业化的P25。锂离子电池研究结果表明,KNb3O8电极的首圈放电比容量高达550 mA h g-1,但倍率性能较差。研究发现有差异的介层取向并不影响KNb3O8电极的储锂性能。聚多巴胺碳改性后的KNb3O8复合电极的储能性能得到了明显提升,其在电流密度为0.2和10 A g-1时,分别具有约310和110 mA h g-1的比容量,当用2 A g-1的大电流密度循环3000圈后,其比容量维持率仍能高达95%。（4）采用改性的水热溶剂热法,成功制备了三种不同碳改性路线衍生的T-Nb2O5@graphene复合电极材料,并系统研究和对比了三者的电化学性能。研究结果表明,基于一种新颖且通用的石墨烯水凝胶方法,可以成功制备出自由负载的T-Nb2O5@graphene三维网络结构（NG-3D）,其比表面积达到了80m2 g-1,并具有优异的储锂性能。NG-3D电极在0.5C、25C、50C和100C倍率下,其比容量分别达到了163、129、110和90 mA h g-1。在50C(等同于10 A g-1电流密度)倍率下,循环20000圈后容量维持率仍高达70%。当用更轻更便宜的铝箔换成铜箔作为阳极电流集流体时,NG-3D电极在0.5C和25C倍率下,其比容量分别具有164和101 mA h g-1,在50C倍率下,循环20000圈后容量维持率仍高达75%。NG-3D电极与商业化活性炭组装的非水混合型超级电容器展现出高的能量密度和高的功率密度。