材料形貌具有多样性和复杂性，不同形貌的材料具有不同的性能。因此，可控合成不同形貌结构的纳米材料是人们长期追求的目标。经过科学家们的持续努力，开发了不同的纳米材料合成方法，也建立了一系列晶体生长理论来指导材料合成。但是，由于材料生长过程的多尺度和复杂性，材料结构的定向合成到目前仍然难以实现。针对这一难题，课题组提出了通过反应速率和传质速率调控材料生长过程这一研究方向。前期的研究发现了反应-扩散对材料形貌的普适性调控规律，也提出了反应-扩散所形成的界面浓度分布对材料生长过程的调控机制。但是如何验证这一机制，以及如何进一步把宏观流动引入到反应-扩散模型，还需要进一步研究。基于此，本论文在银纳米颗粒的合成过程中，开展了界面浓度场的定性和定量调控研究，发现了界面浓度场对银颗粒形貌的调控规律，并将反应-扩散体系拓展到反应-扩散-流动体系，探索了界面微环境对材料生长过程的调控作用，建立了基于界面浓度场和表面能调控的材料可控合成模型。进一步应用该模型指导银催化剂开发，可控合成了不同形貌的银纳米颗粒，并将其用于乙烯氧化的电催化研究，初步验证了常温常压下乙烯氧化电催化工艺的可行性。论文主要成果和发现如下：（1）采用激光干涉法测量了界面浓度场的梯度，探究了界面浓度场对颗粒形貌性的调控规律。通过构建简单金属置换反应体系，采用Mach-Zehnder干涉仪原位测量界面扩散层厚度，并计算浓度梯度，发现界面浓度梯度随浓度增大而增大，进而发现稳定的浓度梯度是枝晶形成的必要条件。通过加入络合剂引入竞争反应，调控反应速率，或是加入甘油调控扩散速率，改变浓度梯度会导致枝晶的消失，形成棒状或者球形的纳米颗粒。进一步，通过改变置换金属，验证了反应-扩散调控界面浓度场及其对银颗粒形貌的调控规律。（2）采用界面化学势差定量描述反应-扩散-流动调控界面浓度场，探索界面浓度场对银颗粒形貌的作用机制。在电化学法制备银颗粒的过程中，通过电势调控反应速率，通过溶剂中添加甘油调控扩散传质速率，通过旋转圆盘电极转速调控流动传质速率，采用化学势差量化了不同界面浓度场作用下的晶体生长驱动力，并计算了晶体生长各向异性强度。发现无论采用哪种调控方式，颗粒的形貌和界面化学势差都保持了很好的相关性。当界面化学势差较小的时候，容易得到多面体大颗粒；当化学势差增大时，各向异性生长强度随化学势差呈指数级增加，因此得到了枝晶等复杂形貌结构；当化学势差进一步增大时，爆发式成核导致晶核周围的前驱体迅速减少，形成空白区，得到小尺寸的纳米球形颗粒。验证了反应-扩散-流动调控界面浓度场及其对银颗粒形貌的调控作用与机制。（3）通过表面能和界面浓度场的协同调控，发现了界面微环境对银颗粒形貌的调控规律，并合成了性能优异的银催化剂。在银离子电化学还原过程中，同时发生氢气析出反应，氢气吸附于银晶面上，通过分子模拟计算了氢气在银颗粒不同晶面的吸附能，发现氢气更倾向于吸附在银的（111）晶面，导致银颗粒沿着垂直于（100）面的生长，最终形成了特殊的三维十字架结构。通过氯离子介导的电催化乙烯氧化实验，发现暴露（111）晶面的银枝晶作催化剂时，更容易得到环氧乙烷（EO），而采用暴露（100）晶面的银颗粒作催化剂时，更容易得到乙二醇（EG）。通过DFT计算了中间产物次氯酸在银不同晶面的吸附能，发现（100）晶面更容易吸附次氯酸，反应活性更高。采用三维十字架结构的银颗粒催化时，在100 mA/cm2的高电流密度下，总法拉第效率达到了83.21%，其中EG的法拉第效率达到了56.28%。初步开发了在常温常压下，乙烯氧化的电催化新工艺。