能源紧缺和环境污染是当今人类面临的严重挑战。

随着经济和城市化的迅速发展，人类对能源的需求急剧增长，常规能源煤、石油的大规模开采和消耗，以及由此产生的全球变暖、环境污染等各方面的问题已经严重地影响了我们的生态环境和生活质量。

开发新能源、节能减排、治理环境是解决这一系列问题的关键。

如何有效地利用太阳能来治理污染，实现可持续发展战略已经成为我们人类亟待解决的重大课题。

半导体材料的光催化技术在利用太阳能解决能源及环境等问题方面有着重要的应用前景[1-5]。

随着科学技术的快速发展，实现自组装、自适应、高速度、高容量人工智能系统的梦想，推动着人们对新物理现象的发现、解释以及对新材料的开发、利用。

人们发现纳米材料表现出了许多异于块体材料的奇特的现象，这些现象与材料功能的改善，活性的提升都有着直接关系，例如，纳米管因具有较大的比表面积，而使得吸附和掺杂改性变得容易并且高效，从而可以应用于气体的传感和存储、异质节的构造、化学反应载体、分子运输等方面。

[6-8]幵发新型纳米管，已经成为实验和理论研究的重点之一。

纳米材料一般是指微观尺寸在 1-100 nm 之间的粒子或者粒子组成物。

纳米材料大家经常会见到，生活中的好多材料都是由纳米材料制造而成，纳米微粒通常直径大于原子，但是小于宏观微粒。