Yolk-shell纳米结构是指一类呈现为内核@空隙@外壳构型的纳米材料,由于其独特的结构、内核与外壳的功能化,以及其可调控的物理化学性能,从而赋予了这种材料在微反应器、药物/基因传输、生物传感器、锂铁电池等方面广泛的应用前景。本论文利用层层包覆与选择性刻蚀相结合的方法,制备了具有yolk-shell结构的钛酸镍可见光催化剂,氢氧化镍磁性蛋白质分离纯化材料与磁性介孔二氧化硅药物载体。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、氮气吸附脱附(BET)等多种测试方法对这类纳米材料进行表征,研究了影响其结构与性能的主要因素,其结果归纳总结如下:1.以水热合成与高温烧结相结合的方法,制备yolk-shell结构SiO₂@NiTiO₃微球光催化剂,NiTiO₃属于典型的钙钛矿氧化物,其带隙约为2.18eV,在可见光区有优异的光敏响应,因而被应用于合成各种光催化材料。产物的制备过程经历了二氧化硅微球的合成、包覆二氧化钛壳层、氢氧化镍的沉积、高温烧结四个阶段。文中具体探讨了反应物浓度、反应时间对复合结构纳米微球形貌和组成的影响,并且分析了影响光催化活性的因素。结果表明,改变镍源的加入量可以实现对氢氧化镍层的可控制备,在高温烧结后,yolk-shell结构的外壳会出现NiTiO₃@TiO₂、NiTiO₃、NiTiO₃@NiO三种不同的成分组成。通过对有机染料亚甲基蓝的催化降解试验,证明此种钛酸镍光催化材料的性质稳定,多次重复利用后仍保持了较高的催化活性,其独特的yolk-shell结构使得可见光在微球空腔内不断发生反射,从而有效地提高光催化活性。2.运用液相沉淀的方法,合成出具有不同形貌的氢氧化镍纳米结构,对其生成机理进行简要研究;而后以此为基础通过,通过水热还原的方法,制备出一种具有yolk-shell结构的磁性蛋白质分离纯化材料。这种多级复合纳米材料以四氧化三铁作为内核,在外加磁场的作用下,可以迅速从混合溶液中分离;中间空隙部分增大了纳米微球的比表面积,保证了与溶液中蛋白质分子的充分接触;氢氧化镍片层作为外壳,通过镍的二价金属离子与组氨酸肽段稳定的螯合作用,选择性地结合含有组氨酸标签的蛋白质分子,从而实现将目的蛋白从其他蛋白质和非蛋白质分子的混合体系中分离纯化。试验结果表明,在BL21(DE3)大肠杆菌细胞裂解液中加入Fe₃O₄@TiO₂@Ni(OH)₂复合纳米微球,通过加入外加磁场,成功实现对组氨酸标签的绿色荧光蛋白分离纯化过程。3.以SiO₂为模板合成核壳结构SiO₂@TiO₂纳米微球,之后通过选择性刻蚀的方法,得到具有yolk-shell结构的SiO₂@TiO₂复合微球,其中SiO₂内核与TiO₂外壳均被刻蚀为介孔结构。文中探讨了水热反应时间、表面活性剂的加入对材料结构与形貌的影响。氮气吸附脱附曲线显示这种复合介孔材料拥有极大的比表面积,紫外可见吸收光谱记录对药物分子布洛芬的释放曲线,证明其优异的药物缓释性能。以此材料为基础,我们在二氧化硅表面修饰一层磁性物质,合成出yolk-shell结构SiO₂@Fe₃O₄@TiO₂纳米微球,以这种复合微球作为药物载体实现了缓释控制与靶向运输功能的结合。