一．相变和成核

相变和成核是材料科学研究的一个重要方面,也是化工中催化研究领域的重要的课题。由于成核和相变的实验研究难度较大,人们虽已研究了将近一个世纪，但对其本质的理解还是十分有限的, 所以至今仍是科研人员们研究的热点^[1]。

物理性质和化学性质完全相同的均匀部分我们称之为相，且其相互之间具有明显的分界面。与物质固态、液态、气态相对应的是固相、液相和气相。相变就是指物质从一种相到另一种相的转变过程。

体积和能量的突变会出现在相变过程中，按照其热力学特征，我们将其分为一级相变和二级相变。在一级相变中，物质的熵和体积均会突变，存在体系与环境的能量交换。而二级相变过程没有体积变化和潜热的交换。按照固液相变方式不同，我们可以将其分为连续型相变和成核-生长相变^[2]。其中连续型相变中，新相与母相的结构或者成分相差不大，而成核-生长相变中，新相与母相的结构变化程度大，在此过程中，新相的核会以一种特有的速率生成，然后这个新相再以较快的速度生长。现如今的大多数相变均分成核-生长相变。我们又根据晶核产生的不同，将其分为均相成核和异相成核^[3~4]。

二．碳纳米管

1991年由日本学者Lijima发现碳纳米管。它是一种新型的碳单质结构，可以将其看作是由石墨烯薄片卷曲而成的。根据石墨烯薄片卷曲方向不同，可以将其分为锯齿型、扶手椅型和手性碳纳米管。根据不同的管壁结构，可以将其分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)。碳纳米管的商业制备方法目前主要有电弧催化法、化学气相沉积法、激光蒸发法等。碳纳米管由于其独特的结构和优异的光、电、热、力学性能，目前在电子器件、储备、催化、生物医药等领域应用广泛。

其中单壁碳纳米管SWNTs相比于多壁碳纳米管更是一种十分独特的纳米结构材料，它具有非常细小的尺寸、特别优异的力学性能、独特的电学性能和吸附与催化特性。其具有十分广阔的应用前景,我们对其进行广泛而深入的基础和应用研究,对纳米材料的合成具有十分重要的科学意义。

总之，碳纳米管会成为21世纪最有前途的一维纳米材料^[5~7]。

三．纳米团簇

从过去的二十年开始,在技术上，纳米团簇具有潜在的应用价值,在科学上,它是理解凝聚态物理和分子物理的桥梁,对纳米团簇的制备和研究因此成为一个非常活跃的科学领域^[8]。