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本论文主要研究一些复杂结构纳米材料的可控合成及相关性能。随着纳米科学技术的快速发展，不同尺寸和维数的纳米材料如纳米粒子、纳米线、纳米管、纳米棒和纳米片等已经被成功的合成。如何把它们组装成复杂结构并开发其新颖的集合性能是当前最具有挑战性的难题。各种组成方法已相继建立，其中，自组装是最简单和有效的方法。本论文主要集中于用自组装方法构筑一些具有复杂结构的纳米材料。通过调控合成体系中的关键性参数，我们合成了由纳米棒组装成的CePO4空心球和核．壳结构微球，海胆形的BiPO4、钴的纳米线网络结构，纳米粒子组装成的稀土磷酸盐和硫化物空心球，钴花状微米结构、钴纳米片组装成的微球和分级结构的氧化亚铜等复杂结构的材料。这些复杂结构的材料具有较好的光学性能和磁性能。具体的研究结果归纳如下：
1．建立了简便有效的制备由枝晶构成的完美的钴花状微米结构的方法，合成时间非常短，只需要10分钟。产率非常高，能大量制备。通过改变动力学参数，如反应温度、单体浓度，可以改变Co2+离子的还原速率，钴的形貌由球形、粗糙的枝晶到精美的枝晶构成的花状微米结构。由于具有较大的尺寸，钴花的饱和磁化强度同块体的钴非常接近，但有增强的矫顽力，这可能与枝晶具有各向异性有关。这种新颖的结构可能在催化，磁存储领域具有潜在的用途。
2．利用正磷酸(H3PO4)和多聚磷酸(H6P4O13)在溶液中具有不同的反应性及不同的缔合结构，采用水热方法，用多聚磷酸(H6P4O13)和稀土盐作为原料，在没有任何模板和表活剂的条件下，制备了系列纯的或掺杂的稀土磷酸盐空心球。空心球具有良好的荧光性能，能发包括红、绿、蓝、紫等各种颜色的光。形成机理被提出。
3．用由P123(EO20PO70EO20)，多聚磷酸(H6P4O13)和稀土离子(Ln3+)组成的团聚体作为前驱体，制备了稀土磷酸盐纳米棒基空心球和核—壳结构微球。H6P4O13和Ln3+不但作为形成复合团聚体的胶联剂，而且提供了具有高化学势的组分。我们用这种方法还制备了Tb掺杂的CePO4微球。通过调节反应温度，单体浓度和煅烧温度，不仅核—壳结构微球和空心球可以调控，而且微球的相结构也可以调控。纳米棒基空心球展现出强的紫和绿光发射。
4．制备了由纳米棒组装成的海胆形的BiPO4。合成方法简单，实验条件温和，容易大规模生产。首次报道了BiPO4的荧光性能，因为BiPO4和稀土磷酸盐的晶格相匹配，是稀土离子掺杂的理想主题材料，用不同稀土离子掺杂的BiPO4可以发射不同颜色的荧光，如紫，蓝，绿和红光，有希望应用在高性能发光器件和三基色荧光粉等方面，这是第一次报道。提出了海胆形BiPO4可能的形成机理。
5．用葡萄糖还原乙酸铜，得到六足状和八面体共存的Cu2O。通过加入十二烷基硫酸纳，十六烷基三甲基溴化胺和六氨基己酸等表面活性剂来调控不同晶面的生长速率，成功地合成出形貌单一的Cu2O纳米晶，分别得到了具有均一形貌的六足Cu20分级结构以及类似花状的结构、纳米立方块和纳米片，提出了可能的形成机理。实验结果表明，Cu2O的光性能同其形貌有很大的关系。
6．用水热合成方法，成功地合成了钴纳米线网络结构。高的NaOH浓度导致Co2+有较快的还原速率，创造了较高的化学势，有利于形成钴的纳米线网络结构。通过改变反应物的浓度，可以调控网格结构的孔径以及可以获得六方片状钴。同块体材料相比，网络结构的钴表现出较强的铁磁性。钴的网络结构有望应用在纳米光电器件等方面。
7．以ZnS空心球的表面活性点作为反应物和原位模板，通过硫化物溶度积的不同，制备了ZnS，ZnS@CdS，CuS，PbS，Ag2S等一系列硫化物空心球。制备了用不同的金属离子或者非金属离子掺杂的ZnS空心球，研究了掺杂剂对ZnS空心球荧光性能的影响。实验结果表明掺杂离子的种类和掺杂量对于ZnS空心球荧光性能有较大的影响。