在本论文中，采用液相化学方法（溶胶-凝胶法、均匀沉淀法、水热法）制备了核壳结构复合物。在制备核壳结构复合物的基础上，通过化学刻蚀的方法，除去内核模板，得到空心球，并且通过改变前驱体的浓度或反应时间，实现了对壳层厚度的控制。在合成的基础上进一步研究了核壳结构复合物的形成机理，以及介孔的形成机理，并讨论了它们的结构对其电化学性质、磁性质的影响。1．介孔Co₃O₄／介孔SiO₂核壳纳米结构复合物的合成与表征利用文献报道的方法，首先制备了四氧化三钴纳米颗粒。然后，将四氧化三钴纳米颗粒分散在一定比例的乙醇-水-氨水-CTAB混合溶液中，加入前驱体TEOS，二氧化硅沉积在四氧化三钴超晶格颗粒的表面，形成介孔Co₃O₄／介孔SiO₂核壳纳米结构复合物。根据广角XRD表征结果，在形成核壳结构复合物的过程中，四氧化三钴物的相未发生变化，表明四氧化三钴具有良好的化学稳定性和水热稳定性。低角度XRD表征结果表明，四氧化三钴和二氧化硅具有介观结构。通过改变前驱体TEOS的浓度，可以调节二氧化硅壳层的厚度（10-35nm）。电镜观察表明二氧化硅壳层的存在有效地抑制了高温下Co₃O₄纳米晶的生长。氮气吸附脱附测试结果表明介孔Co₃O₄／介孔SiO₂核壳纳米结构复合物（壳层厚度：20nm）的比表面积为238.6m²／g，其孔径呈现双模式介孔分布，最可几孔径尺寸分别为2.0nm和8.8nm。随着壳层厚度的增加，核壳纳米结构复合物的比表面积变大。用氢氟酸刻蚀介孔Co₃O₄／介孔SiO₂核壳结构纳米复合物，可以除去二氧化硅壳层，得到介孔四氧化三钴纳米颗粒。氮气吸附测试结果显示介孔四氧化钴的比表面积为86.4m²／g，最可几孔径尺寸是8.7nm。实验结果证明核壳结构复合物的形成是源于荷负电的Co₃O₄纳米颗粒、荷正电的CTAB胶束、荷负电的水解聚硅酸根之间的静电引力。这为核壳结构复合物的合成及由纳米晶聚集形成的介孔材料的合成提供了一条新的路线。电化学测试结果表明，与未包覆的四氧化钴纳米颗粒相比，介孔Co₃O₄／介孔SiO₂核壳纳米结构复合物显示出更高的放电容量，这是由于二氧化硅壳层抑制Co₃O₄纳米晶生长，导致复合物具有尺寸更小的Co₃O₄纳米晶的缘故。2．介孔氢氧化亚钴纳米空心球的合成与表征首先，采用文献报道的方法合成出二氧化硅纳米颗粒，颗粒尺寸约为75nm。然后，将一定量的二氧化硅纳米颗粒分散于去离子水中，分别加入一定比例的尿素、硝酸钴，在80℃进行回流，氢氧化亚钴沉积在二氧化硅纳米颗粒的表面，得到二氧化硅／介孔氢氧化亚钴核壳结构纳米复合物。用氢氧化钠溶液刻蚀二氧化硅／介孔氢氧化亚钴核壳纳米结构复合物，除去二氧化硅模板，得到介孔氢氧化亚钴空心球。通过改变反应时间，可以实现对介孔氢氧化亚钴纳米空心球壁层厚度的控制（10-25nm）。XRD表征表明氢氧化亚钴为无定形态。用0.5M的氢氧化钠溶解复合物中的二氧化硅，得到氢氧化亚钴纳米空心球。相应的低角度XRD谱图在2θ≈1.5°出现一宽的衍射峰，表明氢氧化亚钴空心球具有无序介孔结构，电镜观察表明介孔是由氢氧化亚钴纳米管而导致，这是首次利用液相技术制备具有均匀内直径的氢氧化亚钴纳米管。根据XPS表征结果，在复合物中，Co 2p的特征峰位于798.37eV和782.47eV，Co 2p_1／2和Co 2p_3／2的电子结合能间隔为15.9eV，证明复合物中钴是以氢氧化亚钴形式存在。根据氮气吸附测试的结果，氢氧化亚钴空心球（壁层厚度：10nm）的比表面积为418m²／g，其最可几孔径尺寸为3.9nm，孔径尺寸的分布范围相对较窄。随着壁层厚度的增加，氢氧化亚钴空心球的比表面积减小。实验结果证明核壳结构复合物的形成是源于荷负电的二氧化硅纳米颗粒、荷正电的水合钴离子之间的静电引力，而氢氧化亚钴纳米管的形成则经历了氢氧化亚钴纳米颗粒——氢氧化亚钴纳米片层——氢氧化亚钴纳米管的变化过程。电化学测试结果表明，与块体氢氧化亚钴相比，该氢氧化亚钴纳米空心球电极材料显示出更高的比电容和循环稳定性，这是由于氢氧化亚钴纳米空心球具有更大的比表面积和较短的离子传输距离的缘故。3．铁酸钴空心球的合成与表征将葡萄糖-硫酸钴-硫酸亚铁铵的混合溶液进行水热处理，葡萄糖首先通过水热反应，形成微米级碳球。碳球的表面具有许多羟基，混合溶液中的Fe²⁺、Co²⁺能够直接吸附在碳球的表面，形成碳球／金属盐核壳结构复合物。通过焙烧处理除去碳球，得到铁酸钴空心球。XRD和EDS表征结果证实产物是铁酸钴。TEM和HRTEM观测的结果表明铁酸钴空心球的尺寸介于600nm-900nm之间，壁层厚度约为150nm。铁酸钴空心球由纳米晶聚集而成，纳米晶的尺寸约为28nm。磁性质测试结果表明，铁酸钴空心球具有铁磁性。其饱和磁化强度为54emu／g，小于块体铁酸钴的饱和磁化强度（72emu／g）。这是由于铁酸钴空心球为纳米晶聚集体，具有表面效应和小颗粒尺寸效应的缘故。铁酸钴空心球的矫顽力为860Oe，剩余磁化强度是18emu／g。该材料具有较高的磁饱和强度和矫顽力。这种表面亲水的材料具有生物相容性，在药物传输方面具有潜在的应用价值。