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纳米材料具有较大的表面积，所以纳米材料的表面能对其热力学的贡献不可忽略。纳米材料的热力学和界面物理和化学的研究是当前纳米科学领域的一个基础研究方向，它对纳米材料的制备和生长有指导性意义。本课题组在先前的研究中已经发现不论是3nm的ZnS还是块材的ZnS，在高浓度的NaOH溶液(10M-20M)中都会自发的转变成为热力学稳定的纳米片的形式。本文的研究是建立在课题组先前研究的基础上，继续探索了其它的热力学稳定的纳米体系，同时发展了一种利用热力学稳定的纳米材料的原理宏量合成ZnS纳米材料及其掺杂过渡金属材料的方法，并对这种自支撑结构的ZnS微球的(001)晶面光催化性质进行了研究。主要内容包括：
⑴应用热力学的原理宏量合成ZnS微球的方法。传统的纳米合成方法主要使用配体与特定晶面的相互作用来制造动力学势垒，从而实现对纳米晶形貌的控制。这种控制属于动力学控制，对于实验的条件有较高要求，且操作较繁琐，且不容易实现大规模的合成。本课题组先前的工作中发现了ZnS-NaOH体系中是热力学稳定的，但其过程用时较长，在工业生产中不易拓展。本文在课题组先前工作的基础上将化学合成法和热力学原理相结合，利用化学合成的方法实现了热力学稳定的纳米ZnS的宏量合成，通过研究我们发现：①使用与ZnS-NaOH体系具有相同终态的反应前驱体可以得到相同的形貌和结构的产物;②通过控制体系中NaOH的浓度可实现反应产物的形貌调控;③产物形貌和结构不会随着反应时间的延长而改变。。总的来说，我们用化学合成的方法实现了热力学稳定的ZnS微球的宏量合成其优点有产物形貌均一，反应时间短，易于放大等。
⑵过渡金属掺杂的ZnS微球的热力学稳定合成及其性质研究。以前述的热力学稳定的纳米材料宏量合成方法为基础，尝试了在强碱性环境中通过引入少量CoCl2和CuCl2杂质合成掺杂过渡金属(Cu，Co)的ZnS复杂结构，通过表面配体交换和同步辐射等一系列系统的实验证明了Co离子在ZnS中的均匀掺杂，并且在实验中合成了一系列不同浓度Co掺杂的ZnS微球，对其光学，磁学性质也做了系统的研究。文中也对在高浓度Co掺杂的样品中出现的一种较新颖的磁学现象进行了初步观察。
⑶具有自支撑结构的ZnX(X=S，O)微球光催化性质研究。①利用上述的宏量合成方法制备了ZnS微球，其结构由只具有六方(001)单一晶面的ZnS纳米片组成。以这种ZnS微球为催化剂来降解罗丹明B，曙红B，亚甲基蓝等染料的到了较好的效果。实验过程中通过使用各种表面改性剂对催化剂的表面进行酸化处理提高了催化活性，详细讨论了改性的方法，阐述了表面改性剂巯基乙酸的用量对于RhB降解历程和反应机理的影响，为了拓展在实践中的应用本文中也研究了循环降解的性质。我们希望这个工作能够对设计合成具有优势晶面的、高效的ZnS催化剂起到帮助。②在此基础之上，以ZnS自支撑结构为原料固相原位制备出具有自支撑结构的ZnO微球。微球形貌完整，尺寸均一，我们进一步对不同温度下的ZnO产物光催化降解曙红B的性质进行了初步研究。
⑷其他热力学稳定的纳米材料新体系的探索。根据热力学第二定律，在恒定的温度和压力下，体系总是向吉布斯自由能最低的状态转化。实验发现在NaI/NaOH融盐体系中，不论是纳米或块材的ZnS都会以纳米片的形式存在。这说明在NaI/NaOH融盐体系的强的界面作用下，ZnS的特定的晶向可以实现热力学稳定的状态，并且可能会以热力学稳定的片状形式存在于融盐体系中。此外通过在实验中探索大量的不同类型的体系如氧化物，卤化物，硫化物等。较系统的总结了负表面能产生的特点以及在实验过程中应该如何根据实验现象判断新的热力学稳定纳米体系，这些探索工作为后继的研究积累了经验。