在化石基合成材料对环境压力越来越大和资源渐趋枯竭的时代背景下,发展生物质基复合材料已成为可持续发展战略的重大需求。生物质是自然界赋予人类取之不尽、用之不竭的可再生资源。木质纤维素、甲壳素(壳聚糖)、海藻酸等来自植物、动物和海藻的生物质高分子不仅来源丰富、可再生、可生物降解,而且含有丰富的羟基、氨基、羧基等活性官能团,可与多种有机、无机材料相互作用形成功能性复合物。本论文面向发展高性能生物质基功能材料的需求,立足于解决目前生物质纳米金属及半导体复合材料存在的问题,以生物质原料(包括壳聚糖、海藻酸钠、纤维素纤维)为模板制备生物质/纳米金属及半导体晶体复合材料,利用生物质聚集结构和功能基团对纳米金属及半导体晶体材料的形貌、晶体的成核与生长进行有效调控,进而规范晶体的生长,获得具有特定性能的生物质复合功能材料,主要研究内容包括:(1)以壳聚糖为模板,模拟生物矿化的方式发展了一种新型的、简单的制备钙钛矿纳米复合材料的方法。在壳聚糖模板的作用下,所形成的壳聚糖钙钛矿复合薄膜具有更小的晶体尺寸、更均匀的晶体覆盖率以及更加平整的表面形貌。初步探究了壳聚糖影响钙钛矿晶体成核和生长的机理,并将所获得的复合钙钛矿薄膜应用于平面异质结太阳能电池。考察太阳能电池性能发现,相对于未添加壳聚糖的钙钛矿薄膜,复合薄膜的光电转换效率获得明显提升。(2)首次提出利用海藻酸钠作为封端剂,抗坏血酸作为还原剂,在水相体系中,通过简单、绿色的一步合成法,低温合成了高质量的银纳米线。所获得的银纳米线具有较高长径比,直径在50-250 nm,长度约5-40μm。而且,银纳米线的性能可以通过调节海藻酸钠和硝酸银的比例及反应温度进行调控。进一步,采取简单的“浸渍、干燥”法,制备了一种均匀涂布银纳米线的智能织物。该智能织物具有超低的表面电阻(0.02Ω/sq)、优异的机械和化学稳定性,以及优良的电化学性能及光热转化性能。(3)利用两种不同的含氮高分子(包括壳聚糖、聚多巴胺)对纤维素纸等基底材料进行功能化改性,进而通过化学沉积获得兼具高导电和柔性的纸张、薄膜材料。首先,直接利用壳聚糖膜吸附催化剂,化学沉积铜纳米粒子,获得了高导电的壳聚糖薄膜(0.02Ω/sq)。受自然界中贻贝在潮湿环境下高黏附性的启发,利用聚多巴胺分子修饰不同生物质基底(包括纤维素纸,棉布,棉线)形成稳定的表面活性层,进而在活性层固定催化剂,化学沉积导电性铜或银纳米粒子。由于所获得的铜纳米粒子具有独特的二元结构,因此复合材料具有高疏水表面,并表现出优异的自清洁性能。此外,这种复合材料还具有高导电性(表面电阻<1Ω/sq)和优异的导电稳定性,可耐受1000次的弯曲、折叠,依然保持高导电性。此外,由于形成均匀连续的金属膜,所获得的复合材料还具有优异的电磁屏蔽性能和光热转化性能。探讨纤维素/铜导电纸作为柔性电极在葡萄糖传感和超级电容器中的应用,均获得优异的电化学传感性能和器件性能。对所获得的纳米金属复合基底的表面形貌、导电性、机械性能、热稳定性、电学稳定性等进行了系统的探究。(4)为了获得更加平滑的生物质基底,通过简单的热压法将商业复印纸和聚丙烯薄膜复合获得了新型的复合纸。所得到的复合纸比复印纸和聚丙烯膜具有更强的机械性能和溶剂稳定性,并且复合纸的表面粗糙度明显降低,获得超平整表面。采用两种新型的氨基化合物(包括多巴胺单分子和氨基纤维素)修饰复合纸的表面,进而化学沉积铜纳米粒子。在复合纸的表面修饰多巴胺、化学沉积纳米铜颗粒后,获得具有较低表面电阻的Cu NPs/复合纸(1Ω/sq)和高疏水的表面。另外发现,当对复合纸表面进行酸粗化处理后,所得到的Cu NPs/粗化复合纸具有更强的结合稳定性和更低的表面粗糙度,并且具有较高的反射率,有望用于制备柔性电子器件。利用氨基纤维素在纸张表面自组装,在功能化的纸张表面固定催化剂,进而化学沉积铜纳米粒子,获得均匀的、高导电、高稳定的纸张。