作为纳米科技的基础,纳米材料的可控合成一直是科技界热门的研究领域之一。在过去的十几年里,人们已在单组分纳米材料的形貌和尺寸控制领域取得了令人振奋的研究进展,并籍此实现了对材料诸多物化性能的改善与调控,使之在光电、催化、环境、能源、生命科学等领域获得了重要的应用。然而,纳米科技的不断发展对材料的结构和性能提出了更高的要求。先前制备的纳米结构单元逐渐暴露出了组分、结构单一,功能有限的劣势。近年来,纳米材料的研究逐渐转向了在现有纳米材料基础上构筑更加复杂,功能更为强大的新型纳米功能材料的发展阶段。其中,不同材料间的异质复合和单组分材料的空心化是十分引人注目的两个研究方向。本论文以分析型透射电子显微镜和扫描电镜为主要工具,研究了基于SnO2、α-Fe2O3和Co3O4等金属氧化物半导体材料的纳米异质结和空心粒子的液相合成、结构演变机理以及结构调控。并对制备的半导体纳米异质结(SNH)进行了性能测试,着重探讨了其能带结构和结构构型对材料光催化性能的影响。取得的主要研究结果如下:　　 (1)采用反胶束微乳液法实现了SnO2在α-Fe2O3准立方体表面的异质成核和晶体学定向生长,制备了枝状的SnO2/α-Fe2O3(纳米准立方体)SNH。但SnO2在反胶束微乳液体系下独立成核(自成核)的趋势很强,给高纯度SnO2/α-Fe2O3SNH的可控合成带来了困难。　　 (2)采用一种简易、通用的水热合成法,实现了SnO2纳米棒在不同α-Fe2O3前驱晶体(纳米纺锤体、纳米准立方体、纳米菱面体和纳米“曲奇”)表面的晶体学定向生长,制备了多种构型的枝状SnO2/α-Fe2O3SNH。SnO2/α-Fe2O3SNH的形成过程大致分三个阶段:SnO2的异质成核、定向生长和合并生长。由于在该反应体系下SnO2的自成核被有效的抑制,反应中没有独立的SnO2相生成,SnO2/α-Fe2O3SNH的纯度很高。SnO2/α-Fe2O3界面处的晶格失配度对SnO2纳米棒在具有不同晶体学外表面的α-Fe2O3前驱晶体上的择优生长方向有着决定性的影响。得益于SnO2/α-Fe2O3异质界面对光生载流子(电子-空穴)的分离效应,材料在UV-vis宽广的光响应区域内具有较好的光催化效果。SnO2/α-Fe2O3 SNH的光催化性能还受其构型的影响:异质结面积较大,缺陷较少,具有表面分散型构型的异质结将表现出优于同类样品的光催化性能。　　 (3)采用一种简易的溶剂热法,实现了Fe3+对Co3O4纳米立方体的面优先侵蚀,首次获得了30nm大小的Co3O4的纳米框架结构。这一合成策略可能同样适用于其他二元氧化物纳米框架结构的制备,即采用能与之形成三元氧化物的金属离子为侵蚀剂实现面优先侵蚀过程,得到氧化物的框架结构。　　 (4)利用简单的两步水热反应制备了一种结构新颖的“曲奇”状α-Fe2O3空心纳米粒子。这种α-Fe2O3纳米“曲奇”具有类似圆灯笼的结构特点:外形扁圆,内部中空,上下表面有开孔。利用SEM和TEM追踪了α-Fe2O3纳米“曲奇”的形成过程:反应前期,前驱物水解生成的细小α-Fe2O3纳米粒子首先通过取向聚集形成了实心的α-Fe2O3扁球。由于不同表面对磷酸根吸附能力的差异,α-Fe2O3扁球受到溶液中H+和H2PO4-沿其短轴方向的“配位溶解”侵蚀作用,逐步被蚀空。