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分级结构纳米材料具有多层次、多尺度的结构耦合与性能协同优势，既能保持纳米材料的高表面能与独特性质，又能克服纳米材料易团聚、难分离的弊端，同时其有序开放的三维结构还有利于介质流体的传质，因而应用潜力巨大。活性氧化铝是工业应用最广泛的吸附剂与催化材料，对其形貌、结构与表面进行精准调控以有效提高活性氧化铝的应用性能，一直是学术界研究的重要课题。然而目前有关分级结构纳米氧化铝的表面调控、性能与催化应用的研究仍十分匮乏。本文从簇状结构纳米氧化铝的制备出发，对材料暴露的晶面比例进行了有效调控，并采用非掺杂方式进一步提高了材料的耐热稳定性。通过将簇状结构纳米氧化铝作为催化剂载体，应用于氢氧液相直接合成过氧化氢及类Fenton法催化降解罗丹明B这两个模型反应体系，深入剖析了以载体表面为导向的催化剂构-效关系，为催化剂的理性设计提供了思路。主要研究内容与结果如下: (1)采用溶剂热法，分别在碱性和酸性环境下合成了三种簇状结构纳米γ-AlOOH。通过系列表征及结构精修，对簇状结构的次级叶片进行了重构，得到了各产物的暴露晶面比例。结果表明，所获簇状结构纳米γ-AlOOH的次级叶片均为单晶，通过调控溶液pH值、阴离子与溶剂组成等合成因素，可有效改变叶片的表面生长取向，最终获得不同晶面比例的材料。在此基础上，提出了簇状结构纳米γ-AlOOH的生长机理，认为其遵循取向附生机制。 (2)研究了簇状结构纳米γ-AlOOH在不同温度下的相变及形貌变化，掌握了材料的耐热稳定性。发现与商业普通氧化铝相比，簇状结构材料凭借独特的叶片交错开放结构与稳定的表面性能，至700、1100与1300℃才分别形成γ、θ与α相，表现出了显著的延迟相变能力。进一步采用水热合成原位吸附SO42-的方式，提高了簇状结构氧化铝的耐热稳定性，在1200℃下焙烧9h，样品的比表面积为34.3m2/g，远高于商业氧化铝的4.5m2/g，推测与SO42-在表面吸附形成硫酸铝物种，进而在高温下分解有关。 (3)将两种不同晶面取向的γ-Al2O3材料为载体制备了负载型Pd催化剂，应用于H2和O2液相直接合成H2O2反应体系，研究了载体效应和Pd粒径效应。结果显示，载体晶面性质的差异对负载Pd颗粒的形貌和Pd2+/Pd0比例产生了显著影响;载体的(111)晶面能使负载的Pd颗粒暴露更多的(100)面，而(110)晶面则使Pd颗粒更倾向于暴露(111)面;Pd(100)面则较不易被氧化，对H2的转化活性较高，但H2O2选择性较差，而PdO物种更易存在于Pd(111)面上，对选择性合成H2O2更有利。 (4)研究了簇状结构纳米氧化铝对液相Cu离子的吸附及对催化降解罗丹明B反应的影响。结果发现，γ-Al2O3(110)表面有两种铜离子吸附位，吸附在A-site的铜物种比在B-site上具有更高的表观反应速率常数，催化降解效果更好。不同吸附位铜物种的表观反应活化能有如下关系:ECu-A(67.9kJ/mol)＜ECu-B(83.6kJ/mol)＜ECu-Homo(100.1kJ/mol)。θ-Al2O3(001)表面只有一种吸附铜物种，其表观反应活化能为78.2kJ/mol，与上述ECu-B值接近。构-效关系分析结果表明，γ-Al2O3(110)晶面上羟基配位的铜对应A-site处的吸附铜，为Cu+物种;与晶格氧键合的铜对应B-site处的吸附铜，为Cu2+物种。它们的电子结构不同，对吸附分子的电子反馈作用也存在差异，因此在催化H2O2分解的过程中表现出不同的铜离子氧化还原循环能力，造成催化性能上的显著差异。