颗粒表面的纳米工程(Nanoengineering of particle surfaces)和功能化处理目前己成为纳米研究领域中的一个热点,而作为纳米材料的重要组成部分,表面功能化的磁性纳米颗粒和半导体纳米材料又有着广泛的应用前景,尤其是在生物和催化领域。本论文正是从以上两个方面考虑,选择了“半导体功能化磁性纳米复合颗粒的制备与光催化应用”作为研究方向,从以下几个角度开展了工作：在铁氧体纳米材料的形貌可控合成方面制备了多种不同形貌的铁氧纳米材料,并着重研究了其磁学性质。首先,基于溶胶凝胶法原理,通过一锅反应(one-pot reaction)合成了粒径约为100 nm的Fe304空心纳米笼状颗粒,随后采取退火处理获得了具有相似结构的y-Fe203空心纳米颗粒。研究结果表明谷氨酸(glutamicacid)在颗粒形成过程中起着决定性的作用。进而,在同时使用磷酸盐和硫酸盐的情况下采用阳离子辅助水热路线合成了磁性铁氧纳米短管(Short-Nanotubes)。纳米短管的尺寸大小、形貌、以及获得产物的形状和表面结构都可简单的通过铁离子浓度进行调控。对铁氧纳米短管生长机理研究发现铁离子浓度,阳离子添加剂的数量和反应时间对铁氧纳米短管生长起着主要的作用。其形状主要是由于纳米晶生长过程中磷酸盐离子在平行于长轴(c轴)方向发生的吸附所导致,而空心结构的形成主要是由于磷酸盐发生强配位作用导致c轴上的优先溶解导致。另外,获得的α-Fe2O3纳米短管可以通过还原退火处理和氧化过程先后获得形貌保持一致的Fe304和γ-Fe203纳米短管材料。通过大量的测试手段对铁氧体短管材料的结构和磁学性质进行了表征,对y-Fe203纳米短管材料在室温下存在矫顽力的原因进行了理论计算分析。鉴于磁性空心二氧化硅材料一直是当前的研究热点之一,而常规的路线一般很难获得粒径小于50 nm的磁性空心Si02材料,采用了一种利用CTAB和AOT为共模板的方法获得了粒径约为24 nm的空心Si02颗粒,将前面合成的空心铁氧体纳米颗粒加入反应过程中,成功获得了粒径约为32 nm的磁性空心Si02颗粒,并对所获得的样品进行了表征。随后,在成功实现Ti02纳米材料的制备基础上,采用种子生长法(Seed-Mediate Growth Method)合成了铁氧体/Ti02复合纳米材料。在CTAB存在的情况下,将钛酸正丁酯在乙醇溶液中水热反应成功制备了Ti02亚微球。该亚微球主要由大量的杆状或四方状的Ti02纳米晶封装而成,其内部的结构主要取决于反应中是否加入六次甲基四胺(HMTA)。通过多种测试手段对亚微球的内部形貌,结构和光学性质进行了表征。对获得的两种不同表面形貌的亚微球对亚甲基蓝(MB)的光催化降解性能进行了比较。在此基础之上,通过种子调控法(seed-mediated method)制备了三种不同形貌的磁性铁氧体/TiO2复合纳米颗粒。以纺锤状,空心和超细铁氧纳米颗粒为种子,3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)为磁性种子和Ti02层的连接层组成复合纳米颗粒。复合纳米颗粒的结构和组成成分通过电子显微镜,X射线衍射和光电子能谱表征得到了证实。铁氧体/Ti02复合纳米颗粒具有较好的磁响应性,可以在外加磁场的作用下实现聚集,有望作为磁回收催化剂(MRCs)得到应用。复合纳米颗粒的光催化能力主要通过其对MB的光降解性能进行了比较分析。当复合纳米颗粒存在时,大约有50%到60%的MB可以在90 min内被分解。所合成获得的磁性铁氧体/TiO2复合纳米颗粒展示了较高的光催化效率并有望作为MRCs循环应用于废水的清洁处理中。接着,对如何制备粒径小于100 nm的空心Sn02纳米材料进行了研究并成功实现,以此反应体系结合种子生长法原理实现了铁氧体/Sn02核壳异性结构的合成。首先系统研究了一种实验条件温和,非模板,并且不使用表面活性剂的水热路线来制备亚100 nm的单分散空心Sn02纳米球的生长机制,目的是实现其形貌和粒径大小的精确控制。所使用的原始材料为锡酸钾和尿素在乙二醇-水体系中进行反应,研究表明空心Sn02纳米球的粒径可以根据尿素的浓度进行调控。将乙二醇-水反应体系换成纯水或乙醇时,所得到的产物由空心纳米球分别转变为超细的纳米杆和超细纳米颗粒。对空心Sn02纳米球的生长机理进行了细致的研究,结果表明其主要受反应时间,反应温度和所使用的尿素浓度所影响。根据不同反应参数获得的实验结果,发现自组装和随后的Ostwald熟化疏散行为可能是形成均一空心纳米结构的原因。分析了紫外-可见吸收光谱和室温荧光光谱测量所获得的尺寸依赖的光学性质。光催化能力测试结果表明在同等条件下空心纳米结构对罗丹明B(RhB)的光催化降解能力要强于实现纳米结构。所获得的单分散的亚100 nm空心SnO2纳米球展示了较高的光催化能力,可望应用于纺织工业废水的处理中。在此基础上,采用种子调控方法的水热路线实现了高纯度的铁氧体/Sn02磁性半导体核壳异性结构的合成,该路线价格低廉,无需任何表面活性剂,对环境友好。复合纳米结构的形貌特征和结构通过高分辨电子显微镜进行了细致的分析。形态进展研究揭示了Kirkendall效应引起的扩散是形成类空心铁氧体/Sn02颗粒的主要原因。值得注意的是,所获得的铁氧体/Sn02磁性半导体核壳异性结构对有机染料展示出了增强的可见或紫外光催化降解能力,与所使用的α-Fe2O3种子和商业SnO2纳米颗粒产品相比光催化能力有着显著的增强,这主要归功于铁氧体/Sn02界面引起的电荷和空穴的有效分离。最后,对ZnO纳米材料和铁氧体/ZnO复合纳米材料的制备进行了研究,并考察了其光催化性能。通过一种简单的基于溶液的化学路线并在引入蒸发和浓缩处理(Evaporation and Concentration Technology)的过程成功制备了连接起来的ZnO纳米颗粒,对影响ZnO纳米颗粒产物形貌和粒径的因素尤其是蒸发和浓缩处理时间进行了研究,对其结构和光学性能进行了计算和实验表征。实验结果表明ZnO纳米颗粒产物的形貌和粒径受到蒸发和浓缩处理时间的强烈影响。此外,探讨了连接起来的ZnO纳米颗粒的生长机制。研究结果表明蒸发和浓缩是ZnO生长过程中引发团聚和成核的一个重要阶段,这将引起ZnO产物的形貌发生巨大的变化。结果为ZnO纳米结构的生长机制提供了一定的参考。所使用的合成方法可望应用于其他纳米串的制备中,更为重要的是,所获得的连接起来的ZnO纳米颗粒对RhB的光催化能力要远高于传统的P25商业二氧化钛材料。进而,通过种子生长路线和随后的退火处理成功合成了核壳结构的α-Fe2O3/ZnO复合纳米颗粒。ZnO壳层的厚度和最终产物的形貌取决于所使用Zn前驱物的浓度。探讨推测了α-Fe2O3/ZnO核壳结构复合纳米颗粒的形成机制。所获得的产物对RhB展现了较好的光催化降解能力。