有机一无机杂化纳米复合材料的合成与应用是目前纳米材料科技领域内一项很有基础研究及应用研究价值的重要课题。通过复合可得到集无机、有机、纳米粒子的诸多特异性质于一身的新材料。本文首先利用微波高温固相方法制备了系列层状过渡金属氧化物，并研究了层状化合物在微波场中的生长机理。围绕高导电率的全固态复合物电解质、二次电池正极材料，以层状过渡金属氧化物为无机主体，聚苯胺和聚氧乙烯为有机客体，制备一类新型层状纳米复合材料；研究复合方法和机理以及各种实验条件（包括聚合物分子量和掺杂剂）的影响及其规律；将复合材料作为正极材料或固态电解质组装二次锂电池，进行相关的性能测试和评价。结合实验结果，采用量子化学方法模拟研究导电高分子在层间的链结构和链排列形式及其与层板相互作用形式、层间阳离子的存在形态、迁移机制及与导电性能问的关系；阐明材料组分、结构和性能三者之间的关系，为有目的地设计和合成具有特定组成、结构和功能的新型复合材料提供实验基础和理论依据。主要内容概括如下： 1．设计了一个新型微波高温固相反应器，在该反应器中进行的微波固相反应不必考虑反应物的热行为。反应体系的热行为主要受二次加热介质的驰豫时间和极化子在交变电场中再定向速率的控制，并与辐射功率有关（即辐射占空比x）。周期恒的中止辐射导致介质的驰豫时间和微波能转换为热能的效率降低。 2．通过对实验数据的拟合，提出了温度、时间和占空比关系的两个经验公式。在上述公式指导下，各种无机层状化合物可在适当的反应条件下被快速制备。在微波固相反应中，反应的热力学和动力学条件均被大大降低。微波穿透加热介质后，剩余少量辐射到反应物并促使固相反应在极短时间和较低反应温度下完成。应用该方法，其它类型的微波高温固相反应器亦可得类似公式，并可了解反应过程中的温度和加热速率的变化趋势。 3．采用石墨作为加热介质获得固相反应的高温，在不同的辐射条件下制备了系列层状金属氧化物。在最低辐射功率下，反应物的转化率主要受反应温度的控制。在微波场中，晶体沿层板的生长速率大大高于层板的堆积生长速率，因此在最低辐射功率下获得了纳米片 堆积结构（层片尺寸为4.5μm×1.2μm×3nm），而在最高辐射功率下则生成纳米棒结构（直径约70nm）。 4．在不同辐射条件下样品的生长行为、晶粒大小分布、晶粒形貌和缺陷结构均不相同，进而影响了电化学性能（如导电率、离子扩散系数等）。具有无规则小粒子堆积结构的样品L30具有最高的首次充放电容量（335mAh/g），但是在前4个充放电周期内有较大衰减。而L100的纳米片堆积结构明显有利于Li<’+>的嵌入和脱嵌，表现出稳定的充放电行为。 5．将水溶性高分子聚氧乙烯（PEO）通过水热法直接插入到LiV<,3>O<,8>层间，两者在分子水平上复合。插入层间的PEO有利于降低负电性层板对层间Li<’+>离子的吸引，同时通过层间延展出的PEO链段相连促使复合物晶粒团聚，为层间Li<’+>离子电荷的迁移提供了一个新型二维通道，相应地复合物的电化学性质有明显提高。 6．通过简单的酸碱反应将苯胺单体引入无机层状化合物层间，并在氧化剂和微波辐射下进行了层间原位聚合获得了聚苯胺（PANI）与层状材料在分子水乎上相互作用的纳米复合物，进而探讨了层间PANI的聚合机理。系统研究了该类复合物电化学性能和微观导电结构。该复合物作为二次锂电池正极材料，具有较高的充放电容量并显示出良好的循环稳定性，从微观上模拟并解释了其充放电机制。 7．采用量子化学方法计算了PANI与掺杂剂之间的相互作用，掺杂剂通过形成的氢键与PANI分子骨架相互转移电子并促使PANI骨架上电子的离域化。能带（Band structure）和态密度（DOS）计算结果表明，本征态聚苯胺的Fermi能级处主要为N原子的电子贡献并相当定域，阻碍了PANI苯环骨架上电子的离域化。PANI掺杂后，N原子的能带和苯环骨架的空带混合，增加了电子的离域性。层状含氧酸层间质子水合后显示较高的酸性能够对层间PANI有效掺杂。层间的苯胺单体和PANI分子通过层间的水合质子与负电性层板相百作用。