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微/纳米核壳和空心结构材料由于其低密度、高比表面积、单分散性和高稳定性等特性，以及其空心部分能容纳其它材料，可以产生一些奇特的基于微观“包裹”效应的性质，使得空心微纳米结构在微尺度反应器、药物传输载体、光子晶体、催化剂和能量存储等诸多技术领域都有重要的应用，已成为当前纳米材料科学领域的前沿和热点。微纳米空心结构的制备方法可以广义地分为四个大类：传统的硬模板法，软模板法，牺牲模板法和无模板法。自从2001年以后，涌现了大量的基于软、硬模板法合成无机微/纳米核壳和空心结构材料的有意义的研究成果。近期又出现了一步合成法制备多种无机空心结构的新合成机制。这些研究进展都极大地促进了微/纳米核壳和空心结构材料的基础研究及实际应用。本论文主要采用液相法控制合成氧化钛及氧化镍核壳和空心结构材料，分别采用硬模板和无模板法策略，制备得到具有优良性能的新型光催化剂。通过改变合成条件，探索反应机理以及生长过程，实现了对产物形貌以及尺寸的控制，并提出了可能的形成机制。
采用简便的两步溶胶-凝胶法制备了一种新型复合光催化剂(SiO2/TiO2复合空心微球)。首先用无皂乳液聚合法制备了带有正电荷的阳离子型聚苯乙烯模板微球。然后分别以硅酸乙酯(TEOS)和钛酸丁酯(TBOT)为原料，使用稀释的氨水作为pH值调节剂，采用两步溶胶-凝胶反应得到多层有机一无机杂化复合微球。最后所得沉淀物经过煅烧工艺去除模板粒子后即可得到二氧化硅/二氧化钛空心微球。并且通过在氨气气氛中掺氮，获得氮掺杂的空心复合微球。改变前驱体TBOT浓度、表面活性剂含量，SiO2中间层厚度以及煅烧温度均对产物的形貌产生重要影响。使用该方法制备的空心微球具有高的光催化活性，在可见光照射5 h后，掺氮SiO2/TiO2复合空心微球的催化降解亚甲基蓝的能力大约是掺氮P-25粉体的两倍。SiO2/TiO2复合空心微球在紫外光照射下，光催化性能较P-25有所提高。
使用两步溶胶凝胶法和煅烧工艺成功地制备了新型的氮掺杂SiO2/TiO2复合空心微球。通过在溶胶—凝胶包覆TiO2过程中掺氮，以三乙胺作为氮源，从而避免二次煅烧掺氮所导致的材料性能的损失。通过XRD，FTIR和LW-vis光谱分析证实氮元素的确掺入到锐钛矿TiO2壳层中，并以N-Ti-O和Ti-N-O状态存在。随着氮含量的增加，氮掺杂SiO2/TiO2复合空心微球的可见光吸收能力增强。SiO2/TiO2复合空心微球的荧光图谱包含三个峰(421，472，529 nm)，分别归属于自捕获激子和与氧空位有关的浅捕获(F和F+中心)。随着氮含量的增加，氮掺杂SiO2/TiO2复合空心微球的可见光吸收性能逐渐增强。同时，氮掺杂SiO2/TiO2复合空心微球的荧光强度逐渐减弱，暗示着掺氮导致光生电子—空穴的复合几率减少。
采用溶胶—凝胶法制备了TiO2/SiO2包覆的双功能磁性光催化剂(即Fe3O4/SiO2/TiO2磁性光催化剂)。以钛酸丁酯为钛源，采用溶胶—凝胶法直接在Fe3O4/SiO2微球表面沉积TiO2，随后通过水热法来提高外层TiO2的结晶性能。外层光催化活性层—锐钛矿相TiO2层具有大量的尺寸分布狭窄的介孔结构，因此具有高的比表面积。催化实验结果显示中间惰性层SiO2能够阻止TiO2壳层上光生电子—空穴对向Fe3O4核转移，提高催化剂的光催化活性。而且该光催化剂可以在外加磁场下方便地回收。因此，所研制的锐钛矿相Fe3O4/SiO2/TiO2双功能微球在治理污水中具有较高的固—液分离效率。
采用溶剂热反应结合煅烧工艺成功地合成了具有尺寸和形貌可控的NiO梯次组装空心结构。首先，通过溶剂热方法合成若干种由α-Ni(OH)2纳米片组装而成的α-Ni(OH)2梯次结构。在此过程中，形核速率调控机制对产物的最终形貌起决定性作用。通过调控去离子水和聚乙二醇的量来决定溶液中产物的形核方式，即均匀形核或非均匀形核。当加入水和聚乙二醇时，反应产物为α-Ni(OH)2空心球；当不加入水和聚乙二醇时，则产物为α-Ni(OH)2空心管。然后，以合成的α-Ni(OH)2梯次结构为前躯体，350℃空气气氛下退火1 h，结果显示产物保持了原前躯体的形貌，形成了NiO空心梯次结构。所制备的NiO空心梯次结构的光催化实验表明，NiO空心球催化剂在降解酸性红I时表现出优异的光催化活性。同时，产物的磁性性能表明样品具有磁响应，可在外磁场下进行循环使用，因而在环境污染物清理领域具有较大的应用前景。