本文结合光催化原理综述了 TiO2光催化剂的研究进展,结合CO2催化氢化介绍了 Fe2O3催化剂的研究现状,结合锂离子电池结构原理阐述了 Fe2O3在锂离子电池负极材料上的应用。在此基础上,利用水热法,实现了双相TiO2和赤铁矿α-Fe2O3纳米结构形貌和尺寸的可控制备,研究了双相TiO2在光催化制氢,赤铁矿α-Fe2O3在CO2催化氢化和锂离子电池负极材料上的应用,获得了一些创新性成果:(1)以新鲜制备的层状结构钛酸盐K2Ti8O17纳米纤维为钛源前驱体,成功实现了金红石和锐钛矿双相TiO2混合纳米粉体的水热合成,并在聚乙烯醇PVA辅助下,获得了纳米颗粒自组装的介孔结构双相TiO2纳米纤维。由于混晶效应,所制备的双相TiO2表现出优异的光催化裂解水产氢性能,效率达4.70mmol/(g-h),高于市售的P25TiO2光催化剂。(2)以乙二醇和水的混合溶剂为反应介质,实现了纺锤状、鼓状、圆盘状α-Fe2O3纳米颗粒的水热合成。鼓状和圆盘状α-Fe2O3纳米颗粒的侧面主要由(110)晶面构成,由于表面有更多的Fe3+暴露,鼓状α-Fe2O3纳米颗粒呈现出更高的C02加氢催化性能,转化率高达12.04%。通过调节水热反应前驱体Fe(NO3)3 ·9H20的引入量,实现了圆盘状α-Fe2O3纳米颗粒直径由1000nm到100nm,厚度由300nm到50nm的可控制备。随着尺寸的减小,α-Fe2O3纳米圆盘磁化矫顽场变小,导致沿轴向的取向聚集增强。分散性较好,尺寸较小,厚度为100nm的α-Fe2O3纳米圆盘呈现出更好的CO2催化加氢效率,CO2转化率达到13.57%。(3)α-Fe2O3颗粒作为锂离子电池负极材料均表现出转换型负极材料的特征,碳包覆可以有效提高α-Fe2O3负极材料的循环性能。通过在水热系统中引入嵌段共聚物P123,其在α-Fe2O3颗粒表面的吸附,不仅促进了 α-Fe2O3纳米颗粒的单分散性,而且易于实现α-Fe2O3纳米颗粒表面的碳膜全包覆,所获得碳包覆α-Fe2O3负极材料表现出更好的电化学性能,首次放电比容量达1176mAh/g,远高于蔗糖为碳源包覆的α-Fe2O3负极材料的首次放电比容量350mAh/g。