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异相催化已被广泛应用于人类的生活，如化工、能源、生物和环境等领域中。异相催化和材料的表面性质息息相关，因而具有高比表面积的纳米材料在这一类型的反应中具有重要的应用。而二维纳米催化材料既具有纳米材料高的催化活性，又同时由于其具有在两个维度上的宏观尺寸，易于从催化系统中分离，从而降低分离成本。因此设计和合成以二维纳米材料为基础的复合结构和多级结构的催化材料在催化领域有着重要的研究意义。本论文以金属、金属氧化物和硫化物等多种纳米材料催化剂为研究对象，以液相合成法为主要制备方法，致力于以二维形貌为基础的复合结构或多级超结构的微纳米催化材料的设计和可控合成，探索二维微纳米催化材料的形貌、结构与性能之间的关系。
1，利用氧化石墨烯为牺牲模板，在介孔二氧化硅纳米片中镶嵌了一系列贵金属和金属氧化物纳米颗粒催化剂，构筑了催化剂@mSiO2二维纳米片复合结构。如二维Pt@mSiO2纳米片因为具有大的二维尺寸能够很方便的从催化体系分离和再分散。具有优异的抗高温能力，显示出更好的催化活性，并且在多次催化循环的过程中同样能够保持较好的催化活性，具有很好的催化稳定性。
2，改变上述合成方法中除去氧化石墨烯的过程，保留并将其还原为还原氧化石墨烯，得到了将石墨烯基超细贵金属纳米颗粒复合催化材料封装在介孔二氧化硅中的二维结构。在该结构中，介孔二氧化硅提供了物理限域空间，从而可在石墨烯表面合成一系列超细贵金属纳米颗粒，同时提高其在催化过程中的稳定性，如rGO/Pt@mSiO2这一复合催化剂中，Pt纳米颗粒在700℃的高温处理后颗粒尺寸没有明显的变化，使得催化性能保持稳定。此外介孔二氧化硅还可以减少石墨烯之间的π-π相互作用，解决了石墨烯基催化剂之间易团聚的问题。
3，利用溶液法首次合成了Cd纳米片，通过简单的硫化反应在其表面形成一层硫化镉纳米颗粒层，得到Cd/CdS这种金属-半导体二维复合纳米结构，与具有更大比表面积的硫化镉纳米材料相比，这种二维复合纳米材料表现出更好的光催化性能，及在多次、长时间的循环催化中的光稳定性。这一方法为制备稳定、低成本、高性能的金属-半导体纳米复合光催化材料提供了新思路。
4，发展了一种制备具有多级结构的花状ZnIn2S4亚微米球的简便方法。该方法以多元醇为溶剂，通过热注入法在短时间内即可得到由厚度为2-3nm的二维超薄介孔纳米片组成的多级结构亚微米球。与文献中报道的用水热法制备的花状ZnIn2S4微球相比，本文制备的多级结构由于其二维纳米片组装基元的超薄形态及高比表面积，具有更高的可见光产氢性能。此外该合成方法具有很好的普适性，还可以合成多种其他的硫化物纳米材料，如CdS量子点、Bi2S3纳米棒、花状In2S3和SnS多级结构等，这些材料在荧光生物标记、锂离子电池及太阳能电池等领域具有重要的潜在应用。