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半导体异质结具有独特的光电性质,使其在光电应用以及储能领域等有很大的发展潜力和研究价值。本文中我们采用简单的两步法在硅衬底上制备了分层结构的pn型树状ZnO/Si纳米线阵列,并以其为基础研究了异质结阵列在拉曼传感、光催化降解方面的应用并分析其物理机理。另外基于石墨烯材料所具有的优异性能制备了石墨烯/钼酸钴复合材料,并研究其用作超级电容器电极材料时的电学性能。具体内容如下:第一,通过两步水热法制备了树状纳米线阵列,结构显示他们具有较高的晶体质量,金属诱导刻蚀的Si纳米线(Si-NWs)主干均匀垂直于基板,而水热法生长的ZnO纳米线(ZnO-NWs)枝干均匀垂直于Si-NWs表面生长。通过阵列对罗丹明6G(R6G)的拉曼光谱响应测试分析,我们发现在所有化学成分和尺寸相同但形态不同的样品(薄膜或纳米线)中,银修饰氧化锌/硅纳米线(Ag/ZnO/Si)分层阵列具有最强的拉曼散射峰,显示出理想的检测能力,其检测灵敏度高达1×10-8mol/L,阵列增强因子为1.5×104。实验设计和能带结构分析均表明,银纳米粒子局域表面等离子体共振的电磁效应对于拉曼增强的贡献为8倍,而氧化锌/硅纳米线的分层阵列的化学效应在高拉曼灵敏度中起着更为关键的作用。第二,以树状ZnO/Si纳米线阵列为基底,制备了 Tree&TiO2&Ag系列以及Tree&In2S3&Ag2S系列分级纳米线复合阵列,并在紫外灯照射下测试其对亚甲基蓝(MB)染料的降解效率。Tree&TiO2&Ag系列样品的紫外降解光强为4.0～4.3 mW/cm2,Tree/Ag阵列由于Ag纳米粒子局域表面等离子共振(LSPR)以及pn异质结的协同作用,表现出最好的催化降解效率,达20.98%,而Tree&TiO2阵列由于TiO2的结晶质量不好,材料中大量的杂质与空穴大大增强了光生电子空穴对的复合几率,使得其降解效率最低。Tree&In2S3&Ag2S系列样品的紫外降解光强为3.0～3.2 mW/cm2,其降解能力依次为:Tree/In2S3/Ag2S>Tree/Ag2S>Tree/In2S3>Tree,Tree/ln2S3/Ag2S阵列由于窄带隙的In2S3,Ag2S量子点以及Tree形成异质结,促进了光吸收效率,使得其降解效率最高,为31.50%。第三,通过化学气相沉积法首先在泡沫镍(NF)上生长了石墨烯作为集流体,并在其上用水热法制备了 CoMoO4。在水热生长的初期,溶液中Co2+离子以及MoO42-离子的结合形成CoMo04前驱体纳米籽晶,且籽晶会倾向于在NF界面能较低的晶畴处优先生长,随着反应的进行,衍生的成核中心生长呈现花瓣状的CoMoO4籽晶,然后作为新的成核位点并不断生长为纳米花状的结构。我们同时制备了 NF/CoMoO4、20min GNF/CoMoO4、30min GNF/CoMoO4、60min GNF/CoMoO4电极材料并测试其电学性能,发现30min GNF/CoMoO4具有最优异的电容性能,在0.5 A·g-1的电流密度下,比电容为1119 F·g-1。研究表明石墨烯修饰对于电极的电容性能有很大的提升。