【摘 要】
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近年来,具有独特物理、化学特性的二维纳米材料获得了广泛的关注。氧化铁是一种重要的功能纳米材料,二维氧化铁纳米材料由于具有较高比表面积等优势在锂离子电池、气体传感器、水分解和光催化等领域显示出了广阔的应用前景。α-Fe2O3的带隙接近2.2eV,理论上可以吸收太阳光,应具有较好的可见光催化性能。但是,由于催化反应过程中产生的光生电子空穴对复合率过高,阻碍了其实际应用。相比单组分Fe2O3纳米结构,氧
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近年来,具有独特物理、化学特性的二维纳米材料获得了广泛的关注。氧化铁是一种重要的功能纳米材料,二维氧化铁纳米材料由于具有较高比表面积等优势在锂离子电池、气体传感器、水分解和光催化等领域显示出了广阔的应用前景。α-Fe2O3的带隙接近2.2eV,理论上可以吸收太阳光,应具有较好的可见光催化性能。但是,由于催化反应过程中产生的光生电子空穴对复合率过高,阻碍了其实际应用。相比单组分Fe2O3纳米结构,氧化铁基纳米异质结构具有较低载流子复合率、更宽的光吸收范围等优点,因此具有更优异的光催化性能。另外,Fe2O3基多元复合纳米结构能够充分利用各组分的优点,不仅表现出更优异的光催化性能,还拓展了氧化铁在锂电、超级电容器等其他方面的应用。本论文主要以氧化铁（α-Fe2O3和γ-Fe2O3）为研究对象,以提升其锂离子电池电极容量和光催化性能为目的,设计并合成了一系列新颖的氧化铁基纳米异质结构,所得异质结构表现了显著提升的光催化性能和储锂性能。主要内容总结如下:（1）α-Fe2O3/SnO2异质结构的生长及储锂研究通过水热法在α-Fe2O3纳米片表面外延生长SnO2纳米棒,合成了新颖的齿轮状2D-1D α-Fe2O3/SnO2异质结构。通过改变反应时间进一步获得了三明治状2D-1D α-Fe2O3/Sn02纳米异质结构,并将这种三明治状α-Fe2O3/SnO2异质结构作为电极材料应用到锂离子电池中。相比单组分的α-Fe2O3和SnO2,异质结构显示了更高的储锂容量,在100mA/g的电流密度下,充放电循环30次之后,电池的容量为 308 mAh/g,高于 α-Fe2O3（158 mAh/g）和 SnO2（148 mAh/g）。在此基础上我们对这种合成方法进行拓展,我们又得到了 2D-1D α-Fe2O3/Zn2SnO4异质结构和 3D-1D α-Fe2O3/SnO2异质结构。（2）γ-Fe2O3@MoS2核壳状二维异质结构的合成及储锂和光催化研究以α-Fe2O3纳米片为模板,通过简单水热反应和后续煅烧获得了一种新颖的γ-Fe2O3@MoS2核壳状2D-2D异质结构。首先以α-Fe2O3纳米片为前驱体、葡萄糖为辅助剂,在其表面上沉积了 MoS2纳米片,形成了 α-Fe2O3@MoS2核壳状二维异质结构。然后,在高温下煅烧将α-Fe2O3转化成γ-Fe2O3,从而得到γ-Fe2O3@MoS2核壳状2D-2D异质结构。最后,将这种异质结构应用于光催化降解亚甲基蓝染料和锂离子电池,均表现了显著增强的性能。利用紫外可见光降解亚甲基蓝溶液,三个小时后γ-Fe2O3@MoS2降解率为95.9%,而γ-Fe2O3纳米片和花状MoS2纳米片降解率分别只有76.6%和76.5%。作为锂离子电池阳极材料,γ-Fe2O3@MoS2核壳状结构表现出了较高的可逆充放电容量和良好的倍率性能,在220次循环之后其容量仍保持在560 mAh/g,远高于γ-Fe2O3（202 mAh/g）和MoS2（134 mAh/g）。（3）α-Fe2O3@TiO2三明治状纳米复合材料的合成及其性质研究为了提升氧化铁的光催化性能和锂电性能,我们制备了到α-Fe2O3@TiO2三明治结构纳米材料。首先利用超声反应在α-Fe2O3纳米片表面沉积了一层TiO2,然后通过煅烧,得到α-Fe2O3@TiO2三明治结构。然后,将其应用于光催化降解罗丹明B和锂离子电池,表现出显著增强的可见光光催化性能和锂电性能。最后,将α-Fe2O3@TiO2复合材料用盐酸刻蚀,得到新颖的二维中空TiO2纳米盘结构,并研究了煅烧温度对形貌和性能的影响,将所得到的TiO2纳米材料应用于有机污染物（罗丹明B）的光催化降解,350℃煅烧条件下得到的样品表现出最好的紫外可见光光催化性能。（4）Sn/C复合材料的VLS合成机制及其在锂离子电池中的应用以碳包覆的ZnSnO3纳米球为原料,通过固相自催化反应VLS生长过程,合成了 Sn/C微球复合材料,并测试了复合材料作为锂离子电池负极材料的电化学性能,在10OmA/g电流密度下,200次充放电之后仍保持了 394mAh/g,超过了石墨的理论比容量（372 mAh/g）。本方法不仅合成了一种较高容量的锂电池负极材料,更提供了一种通过优化反应原料重新探索VLS反应的方法。
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