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由于具有良好独特的综合性能,有机-无机纳米复合微球近几年受到了广泛的关注,在催化、能量存储和转换、传感器、光电器件及纳米生物技术等方面都有着很重要的科学和工业应用价值。有机-无机纳米复合微球中纳米尺度的复合组分不仅可以实现材料间功能性的集成,而且有可能产生出复合前纳米材料本身所不具备的特殊性质。本论文从有机-无机纳米复合微球的控制合成入手,制备了一系列具有特殊形貌、新颖结构的有机-无机纳米复合微球,探索了其在催化和储能领域的应用,并研究了材料结构与性能之间的构效关系,为有机-无机纳米复合微球的结构设计、性能调控及其在相关领域的实际应用提供了理论和实验依据。本论文的研究包括三类新型有机-无机纳米复合微球的设计制备及其在催化与储能方面应用,主要结论为:(1)以磁性纳米粒子(Cu-CuFe2O4)作为核,在有机配体均苯三甲酸(H3BTC)溶液的刻蚀下,Cu-CuFe2O4的Cu(O)组分的释放金属铜离子,原位转化为八面体微孔晶体HKUST-1,即在Cu-CuFe2O4外层形成了 HKUST-1的包覆层,制备得到core-shell结构的Cu-CuFe2O4@HKUST-1纳米复合微球,克服了传统的层层自组装法存在的反应条件苛刻、周期长且后处理复杂等缺点。将其用于催化剂时,实现了金属有机骨架化合物MOFs(Metal Organic Framework)优异的结构特性(超大的比表面积,均匀的孔径分布,可控的拓扑结构及可调的孔径)和微纳米粒子Cu-CuFe2O4催化特性的优势集成,该催化剂在低温以及以分子氧为绿色氧源的条件下,可以高效催化苄基类有机分子的氧化反应;此外,Cu-CuFe2O4磁性核心还赋予了催化剂的快速分离回收的功能;另一方面,具有微孔结构的HKUST-1壳层可保护Cu-CuFe2O4,避免催化活性组分在反应中的流失。(2)以单分散的聚乙烯吡啶微球(P4VP)为载体,通过N原子的孤对电子与Fe(Ⅲ)进行配位,实现对均相铁催化材料的固载,得到负载型铁系催化材料。通过调控单分散的聚乙烯吡啶微球的交联度,利用不同交联度的聚乙烯吡啶微球功能固载三价铁离子能力的不同,探讨了聚乙烯吡啶微球不同交联度对负载型催化材料中Fe(Ⅲ)含量的影响,获得一系列不同P4VPDVB2.5-40%-Fe(Ⅲ)催化剂;以4,4’-二氟二苯甲烷的氧化反应为探针反应,探索了不同催化剂的交联度和含铁量对催化性能的影响规律,实验结果显示,当交联剂二乙烯基苯(DVB)的含量为10%时,催化剂P4VPDVB10%-Fe(Ⅲ)展现了优良的催化性能;该催化剂具有很好的稳定性,对于苄基类底物的氧化反应具有普适性;此外,合成的催化剂的吡啶部分是能够作为一种有机碱,从而显著减少了在系统中的有机碱吡啶的用量。(3)以磺化的聚苯乙烯微球(PS)为核,通过水热法将在外层包覆介孔二氧化硅壳层,利用高温煅烧,获得介孔SiO2空心微球,并以其为载体,通过物理吸附法将相变材料十八酸(SA)固载于载体中,最终制备得到SA/介孔SiO2空心微球复合相变材料。介孔SiO2空心微球由介孔壳和空心空腔组成,具有较强毛细管力的介孔壳可以吸收十八酸到空心空腔,绝大部分的相变材料存在于空腔中,有利于十八酸的分子链自由结晶,从而导致复合相变材料的高储能效率;存在于SA与介孔SiO2空心微球的界面处的氢键及孔道的毛细作用力,对熔融的SA起到有效的定形作用;介孔SiO2空心微球提升了 SA的热导率,提升幅度在56%;且复合相变材料50次循环后仍然保持良好的相变性能。