半导体光催化技术是当今环境与能源领域的研究热点。通过利用清洁、可再生的太阳能，光催化技术在较为温和的反应条件下将有机物彻底矿化分解，不会造成二次污染。常见的光催化剂，如TiO2、 ZnO、SnO2、 Fe2O3、 WO3等，在环境领域、锂离子电池、超级电容器和染料敏化太阳电池领域中有巨大的应用前景。以Fe2O3等为代表的半导体光催化剂具有高活性、低成本，环境友好，稳定性好及可见光响应的优势，其原理及应用的相关研究日益受到广泛的重视。但Fe2O3催化剂仍然存在光生电子空穴容易复合和电子传导性能差等问题，限制了其在光催化领域的应用。因此，开发新型光催化剂以提高光催化材料太阳光谱响应范围和光催化效果。　　本文分别采用热处理法和电化学阳极氧化法在铁片表面原位形成α-Fe2O3纳米片阵列、α-Fe2O3纳米线阵列和α-Fe2O3纳米管阵列，揭示了α-Fe2O3纳米阵列制备过程中产物生长机理及其形貌与结构演变历程;在此基础上通过水热法，在铁片表面形成α-Fe2O3/SnO2、α-Fe2O3/WO3、α-Fe2O3/ZnO及α-Fe2O3/TiO2纳米复合结构，以减少电子空穴再复合率提高光催化效率。对Fe2O3基复合材料的形貌、结构及光学性质进行分析表征，并揭示了其提高光催化效率的作用机制和反应动力学特征。主要研究工作如下:　　(1)采用热处理法在纯Fe片上制备出α-Fe2O3纳米片阵列，并研究了温度、升温速率等因素对其形貌结构的影响，研究了α-Fe2O3纳米片阵列的生长过程和形成机理;然后采用电化学阳极氧化法在纯Fe片上制备出一维纳米结构的α-Fe2O3纳米管阵列，并研究了电解液中F-浓度、水的含量、阳极氧化电压、阳极氧化时间以及电解液温度等因素对其形貌结构的影响。研究了α-Fe2O3纳米管阵列的生长过程和形成机理，实验结果表明，α-Fe2O3纳米管阵列的形成也需经历致密阻挡层形成、多孔氧化膜形成和纳米管稳定生长三个主要反应阶段;同时α-Fe2O3的场致氧化速率、场致溶解速率及F-离子对Fe2O3的化学溶解速率是纳米管形成的关键因素。　　(2)为了进一步提高Fe2O3催化剂的光催化活性，本文采用热处理法在纯Fe片上制备出α-Fe2O3纳米片阵列，然后通过水热法成功合成α-Fe2O3/SnO2纳米片阵列光催化剂。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱分析仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)等多种表征手段，分析α-Fe2O3/SnO2纳米片阵列的形貌、晶体结构和光吸收性质等特征。在紫外光照射下，α-Fe2O3/SnO2纳米片阵列对有机污染物亚甲基蓝(MB)有较高的光催化活性，当光催化降解4h后降解率可达到70％，而α-Fe2O3纳米片阵列降解亚甲基蓝的降解率仅为10％。α-Fe2O3/SnO2复合光催化剂在5次光催化降解循环后仍能保持良好的活性。利用半导体催化剂能带结构的估算，揭示α-Fe2O3/SnO2纳米片阵列光催化活性增强的原因是电子空穴对的有效分离。　　(3)α-Fe2O3/WO3异质结纳米线阵列用热处理法和水热法两步法制备。首先采用热处理法在纯Fe片上制备出α-Fe2O3纳米线阵列，然后以Na2WO4·2H2O为钨源，通过水热反应在α-Fe2O3纳米线阵列表面负载WO3纳米粒子，制备了α-Fe2O3/WO3复合纳米结构。采用SEM、EDS、XRD、TEM、UV-Vis等多种表征手段，分析α-Fe2O3/WO3纳米线阵列的形貌、晶体结构和光吸收等特征。探究了α-Fe2O3/WO3复合纳米材料可见光催化降解污染物的性能，由于两种半导体导带能级的差异，Fe2O3经光照后的光生载流子能够转移到其表面的WO3。半导体WO3对α-Fe2O3纳米线的表面修饰能够起到促进Fe2O3光生电子和空穴分离的作用，从而表现出优异的可见光催化性能。同时，α-Fe2O3/WO3纳米线阵列在长波长区域对可见光的吸收高于Fe2O3纳米线阵列和WO3纳米片，有助于光催活性的提高。　　(4)α-Fe2O3/ZnO异质结纳米管阵列采用阳极氧化法及水热法两步法制备。采用电化学阳极氧化法在纯Fe片上制备出一维纳米结构的α-Fe2O3纳米管阵列，然后运用水热法在不同的条件下负载ZnO，形成半导体异质结，延迟光生电子和空穴的复合，进一步提高Fe2O3材料的光催化效率。利用SEM、EDS、XRD、TEM、UV-Vis等分析手段对所得样品进行了形貌、晶体结构和光催化性能的表征。结果表明构建了一种晶化良好，纳米管阵列异质结构α-Fe2O3/ZnO复合物。UV-Vis光谱结果表明α-Fe2O3/ZnO异质结构纳米管阵列在长波长区域对可见光的吸收能力高于纯α-Fe2O3纳米管阵列。在可见光的照射下，α-Fe2O3/ZnO异质结构纳米管阵列光催化降解亚甲基蓝的效率(85％)优于α-Fe2O3纳米管阵列(20％)和ZnO纳米片(15％)。这种高效的光催化活性主要是由于Fe2O3作为电子受体，使光生电子空穴对在异质结构界面有效的分离。　　(5)α-Fe2O3/TiO2复合纳米材料采用阳极氧化法及水热法两步法制备。在氟化铵-乙二醇体系中，采用阳极氧化法在铁基体上制备了α-Fe2O3纳米管阵列，然后以氟钛酸铵为钛源，采用水热法在α-Fe2O3纳米管阵列上负载TiO2纳米片，制备出具有良好可见光响应性能的α-Fe2O3/TiO2纳米管阵列复合结构。利用SEM、EDS、XRD、TEM分析Fe2O3/TiO2纳米管阵列的表面形貌和物相结构，利用UV-Vis研究了α-Fe2O3/TiO2纳米结构对亚甲基蓝的可见光降解能力。实验结果表明水热反应3h的样品表现出最高的降解效率，水热反应4h能够达到90％，而α-Fe2O3纳米管阵列的亚甲基蓝降解率仅为20％。α-Fe2O3/TiO2复合材料光催化降解亚甲基蓝的效率与α-Fe2O3纳米管阵列相比有很大提高，大约为后者的4.5倍。宽带隙半导体TiO2对窄带隙Fe2O3的修饰可以有效地钝化其表面电子态，抑制电子空穴复合，从而改善了材料的光学性质。