多级微/纳结构材料兼具纳米结构材料和微米结构材料的性质特征,与同尺寸的固体材料相比,表现出许多优异的性能,使它们在催化、传感器、锂离子电池、微反应器、生物医药等领域具有广泛应用,也使可控合成多级微/纳结构材料成为材料化学和纳米科技的重要课题之一。本课题组多年来致力于研究超分子包合、加合体系中主客体之间的非共价相互作用,发现这种非共价相互作用在可控合成纳米材料上能够扮演重要角色,通过在超分子加合物前驱体中主体对客体的改性,能够贡献于调控产物的组成和形貌。利用非共价相互作用可控合成多级微/纳结构材料的方法不需要苛刻反应条件、不使用有毒有害溶剂及模板,且易于大规模生产,具有广阔的应用前景。本论文选取重要的代表性主族金属镓和过渡金属铁、钴,研究了利用非共价相互作用可控合成它们的多级微/纳结构氧化物材料的方法,以及材料的结构物性关系和应用：第一章主要阐述了多级微/纳结构材料的研究背景、制备方法和应用前景。介绍了本课题组在非共价相互作用上的研究基础,包括非共价相互作用在超分子中的表现形式和它诱导无机材料可控合成的一些例子。同时还简要介绍了镓氧化物材料和铁、钴氧化物材料的研究现状和主要应用。第二章第一部分致力于研究小分子尿素和长链聚合物聚乙二醇(PEG)与金属镓(Ga)加合后分子-原子相互作用对Ga物理性质影响的区别。采用多种方法对两种材料Ga/尿素和Ga/PEG加合物的物理性质进行研究,并且与我们之前工作中大环主体(例如：环糊精、杯芳烃)对金属镓物理改性的加合作用进行比较。我们的数据提供了新的直接证据证明Ga的物理性质高度依赖掺杂物的本质。比如说,少量尿素的掺杂导致Ga的结晶行为发生根本变化,同时,PEG的存在导致Ga在高场下出现了微弱的顺磁性,这些都是完全区别于其他掺杂物的。本章第二个部分是致力于研究金属Ga与它的加合物的氧化过程有没有显著的区别。我们的结果针对这个问题给出了一个积极的回答。通过在不同温度下煅烧Ga/尿素和Ga/PEG加合物,我们获得了β-和γ-Ga2O3纳米晶体,这些纳米晶体展现出迥异的光致发光和光催化性能。这些结果给人留下了强烈的印象,不同掺杂物的引入导致金属Ga在微观结构、物理性质,特别是化学活性上表现出不同的特性。我们相信本工作中的这些发现对发展无机材料有重要意义。第三章选用Ga/尿素加合物在丙酮中进行溶剂热反应,研究加合物在溶剂热反应中的转变过程,得到由六边形片层自组装而成的γ-Ga2O3纳米花。在拥有良好结晶性的同时,纳米花状的γ-Ga2O3具有强的发光性能,在350～600 nm范围内有蓝绿光发射。我们首次对γ-Ga2O3(微米球和纳米花)的日盲探测性能进行研究,发现二者对于254 nm的日盲光均显示出特异性光电响应,与微米球相比,纳米花具有光电流高(67 nA)、响应时间短(<0.1 s)和高明暗电流比(-200)的优势。第四章中我们采用新颖的溶剂热方法,以水/乙醇为溶剂,成功地合成了由六边形纳米片层自组装的多级镓酸锌微米花。这种自组装镓酸锌微米花晶体与聚乙烯醇缩丁醛形成具有异质结的复合材料,具有优异的日盲深紫外线探测性能,比如短的响应时间,大的明暗电流比,高的光稳定性,以及在零偏压下良好的波长选择性。我们的结果不仅是迄今为止最好的用于自供电的日盲探测器件,还首次阐述了聚合物浓度对光响应的影响。第五章通过一种碳辅助的方法,借助纤维素作为碳源成功制备了面凸起四氧化三钴(Co3O4)八面体晶体,并将其应用于醇类的选择性氧化催化剂。所制面凸起的Co3O4八面体边长约为200 nm,可组装成长度约为10μm,宽度约为2-3μm的多级微米棒结构。我们的实验分析表明,纤维素的热分解和碳化对上述八面体结构的产生和组装过程做出了贡献。此外,与普通的Co3O4八面体相比,面凸起的Co3O4的八面体晶体具有较高的剩磁和饱和磁化强度,这归因于它们的小晶粒和均匀的尺寸。在醇的催化氧化反应中,面凸起的Co3O4八面体与普通Co3O4八面体相比,表现出更高的催化活性和更好的催化选择性。特别是,八个周期后,面凸起的Co3O4的八面体晶体仍然表现出相当高的催化活性,体现出其在多相催化领域具有良好的应用前景。第六章我们在室温下,通过三草酸合铁酸钾(PF)和十二烷基硫酸钠(SDS)的自组装作用制备出一种新颖的金属基超分子胶束PF-SDS-SM。这种超分子胶束的构筑能够通过调节水解作用和后续分解过程改变配合物分解产物。以十二烷基硫酸钠为模板,PF-SDS-SM的形成诱导了一维的管状结构草酸亚铁晶体的构筑。第七章通过煅烧二茂铁β-CD/FeCl3加合前驱体获得两个Fe/Fe3O4/Fe2O3三元纳米复合材料(TF-1和TF-2),分别呈现出片层自组装结构和纳米棒结构。实验发现,改变前驱物中二茂铁的起始加入量可以调节材料的结构和物理性质。重要的是,p-CD在煅烧过程中产生碳,能够起到防止二茂铁升华和提供还原性环境作用。同时,TF-2纳米棒对亚甲基蓝表现出很好的催化活性,并且对有机染料有着高的光催化选择性。第八章是对本论文研究工作的总结,并对未来多级金属基多级微/纳结构材料的构筑和应用研究工作进行了展望。