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氧化钨是一种重要且廉价的过渡金属氧化物，不仅可以作为功能材料应用于传感、光电变色和光催化等领域，而且还可作为优良的催化材料应用于传统热催化反应中，因此引起国内外研究者的关注。众所周知，当材料处于纳米尺度之后，表面原子比例增大，活性位点增多，以致其催化活性大幅度提高，所以纳米氧化钨的制备和应用受到了广泛的研究。对于晶态颗粒而言，其性能很大程度上取决于其外观形貌、生长方向、晶型、暴露晶面等结构参数，因此氧化钨纳米颗粒的结构控制在其纳米材料的制备中成为热点之一。经过国内外研究人员的不断努力，目前已经成功合成出各种不同维度的纳米氧化钨结构，包括零维的纳米小球和量子点;一维纳米线、纳米棒和纳米纤维等;二维纳米盘和纳米片等;三维空心球、盒子和八面体以及多级结构，以上结构中以一维纳米棒最多。 本论文在前人工作的基础上，从WO3晶体自身结构特点出发，研究了高价金属阳离子Cr3+、Fe3+以及Cu2+对氧化钨生长行为的影响。在不同实验参数下成功制备了阳离子物种表面修饰，且具有不同晶型结构的WO3超细纳米线、六方柱和树桩结构，并对这些结构进行了系统的表征，进而对各种结构形成的过程及机理进行了研究。最后结合样品的物理化学特点选择热催化或光催化领域的反应，研究了阳离子的引入及WO3结构特征对其热催化或光催化性能的影响。具体工作有以下几个部分组成: (1)研究了Cr3+离子作用下纳米WO3的生长行为，利用Cr3+在WO3非(001)晶面的吸附，制备了沿[001]方向生长的水合WO3超细纳米线，且Cr3+的引入造成WO3从h-WO3到h-WO3·0.33H2O相的变化，此超细纳米线结构具有比表面积大、多孔、结晶度低、表面羟基多及Cr2O3纳米小颗粒修饰等特点，并对此结构的形成机理做了解释。所得超细纳米线在苯乙烯选择性氧化制苯甲醛的反应中表现出了很好的热催化活性及循环稳定性，并从催化剂结构及目标反应特点出发，分析了反应性能提高的机制和机理。 (2)研究了Fe3+离子作用下纳米WO3的生长行为，利用Fe3+在WO3(001)和(100)晶面的选择性吸附，制备了双相WO3六方柱，Fe3+的引入造成WO3从h-WO3到h-WO3/o-WO3·0.33H2O两相共存的发生，并对双相结构进行了详细解析。在考察物相随实验条件转化规律的基础上发现，Fe3+的自生长速率是影响物相含量及外观形貌的主要原因，且在220℃，Fe/W摩尔比为0.10，反应24h的条件下能得到均匀的两相共存六方柱样品。均匀分布于WO3表面的Fe物种(FeWO4和Fe2O3团簇或纳米小颗粒)降低了WO3光生电子和空穴的复合，增加了吸附染料的能力，同时具有Fenton反应活性，结合WO3自身共存双相的特点，六方柱WO3在降解类吩噻嗪染料的实验中表现出了优异的可见光催化性能及循环稳定性。 (3)研究了Cu2+离子作用下纳米WO3的生长行为，利用Cu2+在WO3(001)和非(001)晶面吸附能力的不同，制备了端面平整腰部鼓起的树桩WO3结构。Cu2+的引入不会改变WO3晶型，树桩WO3依然为h-WO3相。通过条件实验发现，树桩结构始于沿[001]方向的颗粒堆积，后期颗粒逐渐沿非[001]方向长粗而得到，其主要原因是反应后期Cu2+会集中吸附于WO3(001)晶面（两个端面）阻止了产物沿[001]生长趋势。类似Fe物种的反应，均匀分布于树桩WO3表面的Cu物种(Cu2WO4和CuO团簇)同样提高了WO3降解甲苯胺蓝的可见光催化活性。