三维大孔材料是一种近年来备受关注的材料,由于其内部具有贯穿连续的孔道结构,因而在催化剂及载体、清洁能源、传感器和生物技术等领域都有广泛的应用。通常,三维大孔材料的制备需要模板辅助,如利用胶体晶体模板法,制备孔径尺寸均一可调节的三维规则大孔材料。而其他无模板法,如水热自组装等,制备的三维大孔材料孔径分布不均匀,但仍具有较高的孔隙率。但是,目前针对大孔基体材料的研究中,模板的形成和稳定性受制于环境,最终影响孔结构的形成。与此同时,近期研究发现,具有单一孔结构的大孔材料在有些领域中的应用受到了一定的限制。因此,亟需探索新的大孔材料制备方法,开发多种基体的大孔材料,同时设计具有多级孔结构的三维材料,以满足材料在不同应用领域中的需求,如高比表面积和快速传输通道等。本论文一方面研究开发多种基体的大孔材料；另一方面设计具有多级孔结构的三维材料,以满足实际应用中的需求。全文以聚苯乙烯(PS)微球为模板,制备了不同基体的三维大孔材料,并研究其在不同领域中的应用。内容包括：采用球形胶体晶体模板法制备三维反蛋白石微球,应用于光催化降解甲基橙；通过双模板重力沉积自组装法制备三维多级孔复合材料,应用于锂离子电池负极材料；采用Pickering乳液液滴模板法制备三维大孔复合材料,应用于吸附四环素：采用与模板微球共沉积的方法,通过原位聚合制备三维大孔复合材料,应用于湿敏传感器中。主要研究内容及成果如下：一、通过水蒸发诱导反相乳液自组装的方法,制备PS胶体晶体微球,并以此作为模板,将氧化石墨烯(GO)引入Sn02的前驱体中,通过注入、煅烧两步法得到Sn02与还原氧化石墨烯(rGO)复合的三维反蛋白石材料(IO-SnO2/rGO)。扫描电子显微镜(SEM)研究结果表明,IO-SnO2/rGO中有规则连续的三维大孔,同时,其孔径与PS模板微球的直径相关。拉曼光谱、XRD和XPS研究结果表明,通过高温煅烧,反蛋白石复合物的骨架由具有金红石晶型的Sn02构成。同时,GO会发生脱氧反应原位生成rGO。最后,将所得的IO-SnO2/rGO应用于光催化降解甲基橙中。光致发光光谱研究结果显示,反蛋白石结构和rGO引入能够加快载流子的传输速度,同时抑制电子／空穴的复合,从而提高材料的光催化性能。另外,光催化性能与复合的GO含量有关。其中,复合0.06 wt%GO材料的光催化性能最好,过量的GO将会导致其光催化性能下降。二、通过PS微球与钻-60丫·射线辐射诱导还原所得到的rGO共沉积的方法,并加入乳化剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为结构导向剂,将PS微球与rGO共同组装为复合粒子薄膜。通过注入SnO2前驱体并在420℃高温处理,去除PS硬模板和CTAB软模板,得到具有多级孔结构的SnO2/rGO复合物。通过SEM和氮气吸脱附表征,SnO2/rGO复合物中具有大孔(～200 nm)和介孔结构(3.312 nm)。将复合物用作锂离子电池负极材料进行电化学性能测试,获得了较好的循环性能(850mAh g-1 @0.3C,100次)和倍率性能(436 mAh g-1 @4.5C)。验证了多级孔结构和石墨烯的引入有助于提高材料的电化学性能。三、利用静电相互作用,在酸性水溶液中将PS微球和GO相复合,得到PS/GO复合物。并将其作为稳定剂用以稳定Pickering乳液。随着水相和油相的蒸发,Pickering乳液液滴会相互靠近。同时,GO之间的氢键作用会加强液滴之间的联系,最终形成具有三维大孔结构(4～20 μm)的PS/GO复合材料。将此材料应用于吸附水中的四环素,实验结果显示,在四环素溶液pH=6时,复合物达到最大吸附容量(197.9 mg g-1)。同时,吸附过程符合Langmuir模型和假二级动力学模型。四、通过磺化聚苯乙烯(SPS)微球和聚乙烯醇(PVA)共沉积的方法,将SPS微球和PVA共同组装为复合粒子薄膜。将其放置在真空烘箱中(<150 Pa),80℃处理10 h后,即可得到具有一定柔韧性的湿敏复合薄膜。另外,薄膜的亲水性也随着反应的进行而有所提高。同时,薄膜正反面接触角的差值由反应前的12°增加至反应后的20°。接着用甲苯去除SPS微球模板,得到了PVA三维大孔材料。另外,在PVA薄膜表面原位负载聚苯胺(PANI),成功制备了PVA/PANI复合薄膜。将其应用于湿敏传感器中,在低湿环境下显示出良好的响应性。