金属氧族化合物因具有丰富的价态以及价电子构型而具有特殊的光学、电学、磁学以及力学等性能,在催化、传感、光电、电池、医疗等领域具有重要应用前景。一维半导体纳米材料具有二维量子尺寸效应和直接电子输运性能,是未来纳电子器件的基本组成单元,在电子、热电、光电、能源等多种领域都有重要的应用,其中,由一维纳米材料形成的有序组装结构或者三维结构具有新颖的立体空间架构,能够增大比表面积、增强光吸收,结构与性质之间特殊的构效关系使其展现了良好的应用前景。因此,金属氧族化合物半导体一维纳米材料的结构设计合成和性能改进研究具有十分重要的研究意义。本论文以金属氧族化合物半导体一维纳米材料以及基于一维结构组成的多级结构为研究对象,采用水热法和热蒸发法,通过选择合适的反应体系,不断优化反应条件,制备出结晶良好、尺寸和形貌可控的金属氧族化合物一维纳米结构以及基于这些一维纳米结构形成的组装体系。对所制备的产物进行了相关的性能研究,如可见光催化降解染料废水、电化学超级电容器、光致发光性能、光解水、以及湿敏传感性能等,通过对材料的结构、组分进行改造设计进而提高材料的性能。本论文研究内容主要包括以下几个方面：(1)采用一步水热法,使用表面活性剂SDS控制反应物硝酸铋的水解反应,在170 ℃下合成了宽度30-50 nm,厚度约10 nm,长度肉眼可见的坎农矿Bi2O(OH)2SO4超长纳米带。这些纳米带在溶液中形成宏观大小的自组装构筑体,可以转移到多种基底表面形成大面积的完整薄膜(1.5 cm×1.5 cm),厚度约3tμm。SDS在反应过程中不仅作为表面活性剂调控产物的形貌,还作为产物的硫源存在,影响产物的组分。探究了纳米带的生长过程和反应条件对产物形貌、组分的影响以及纳米带薄膜在可见光下对多种染料废水的光催化降解能力。结果显示,纳米带薄膜对MB、RhB、MO以及刚果红等多种染料都具有优异的可见光催化降解能力,吸附和催化过程符合准二级动力学,坎农矿纳米带在光催化领域具有良好的应用前景。(2)采用一步水热法,使用表面活性剂SDS控制反应物硝酸铋的水解反应,在不同反应温度130℃下制备出坎农矿Bi2O(OH)2SO4微米棒,微米棒的直径约1-4μm,长度可达上百微米。将坎农矿微米棒和坎农矿纳米带结构用作超级电容器电极材料,研究了它们在6 M KOH电解液中的循环伏安、恒流充放电和循环性能。结果表明,在电流密度为0.5Ag-1时,微米棒电极的比容量高达986.3 F g-1,微米棒具有更好的结构稳定性,相比纳米带结构具有更高的比容量、更好的倍率性能和循环性能,开发探索了坎农矿微纳结构作为超级电容器电极材料的应用潜力。(3)采用一步水热法,使用结构导向剂PVP控制反应物硝酸铋的水解反应,在170 ℃下合成了Bi2O2CO3/Bi2O3复合的蝴蝶结线束状纳米结构前驱,长度约25-30μm。束状纳米结构由羽毛状的纳米结构所组成,羽毛状结构的宽度约200-350nm,羽茎为实心结构,直径约60 nm。以前驱束状纳米结构为硬模板,与82-反应,采用“内向化学刻蚀法”,即可得到Bi2S3纳米管束状结构,纳米管的直径约50-60nm。添加剂PVP对前驱形貌起到重要的调控作用,前驱生长过程遵循片裂解机理。对合成出的不同形貌的硫化铋产物进行光致发光测试,发现Bi2S3的发光峰的位置为450-470 nm,光致发光的强度与其形貌之间具有比较大的关联性。(4)采用热蒸发法,在真空管式炉中高温区域加热氧化钨固体粉末产生蒸汽,蒸汽在低温区域会发生凝结,从而在平面Si基底上合成了W03纳米棒阵列薄膜,纳米棒的直径约30-100 nm,长度约1 μm,纳米棒的生长遵循气固生长机理。将W03纳米棒阵列薄膜用作水汽传感材料,在室温下测试了W03纳米棒阵列薄膜传感器件对水汽的荧光型传感性能。结果表明,直接生长的WO3纳米棒薄膜对水汽的传感具有响应高、响应-恢复时间短、重复性强、线性关系好等优点。和氧空穴含量极低的焙烧样品进行比较,发现结构中存在的适量氧空穴对其优异的传感性能起到非常重要的作用。(5)采用热蒸发法,同样以氧化钨固体粉末作为反应原料,进一步在自制的三维Si微米柱阵列(微米柱阵列的直径约2μm、高度约7.5μm、柱间距离约5μm)表面生长WO3纳米棒,最终形成Si-WO3三维纳米森林结构。以制备的三维Si-WO3纳米森林结构和平面si基底上的W03纳米棒薄膜为基础,制作光解水阳极,并于中性电解液中在模拟太阳光下测试了两种样品的光解水性能。结果表明,因具有较高的比表面和较短的光生电子传输路径,在1.23 V相对氢电极电势下,三维纳米森林结构产生的光电流密度为0.60 mA cm2-,高于平面W03纳米棒薄膜产生的0.37 mA cm2-,展现了更优异的光解水性能。结构中的氧空穴在光解水中起着非常重要的作用,大大提高了W03光阳极在中性电解液中的光稳定性。