金属氧化物半导体材料因具有独特的光学、电学及磁学性能,被广泛地应用于电化学传感、光催化等领域。在这些电化学过程中,吸附在半导体表面的化学物质的反应能力以及反应电子的传输都成为限制材料性能的关键因素,研究高活性的表面和高效率的电荷分离及传输是提高电化学传感器和光催化效率的关键。基于此,本论文针对半导体材料的表面和体相结构设计并制备了取向排列的α-Fe2O3单晶颗粒,获得了利用p-n结结构的CaFe2O4/ZnFe2O4复合光催化剂。单晶颗粒沿着导电性良好的方向有序排列能够降低载流子电阻,暴露特定晶面能提高其对待测物质的吸附能力,从而提高电化学传感性能;p-n结结构能够促进光生电子和空穴的分离,提高光催化剂催化活性。获得的主要研究成果如下:(1)利用合成的α-Fe203单晶颗粒及其磁各向异性,通过外加磁场的滴涂法成功制备出[110]取向、[001]取向和无取向的α-Fe2O3薄膜。研究结果表明薄膜的电导率与薄膜取向有关,[110]取向电导率最大,[001]取向最小。以亚硝酸根离子为模型分子研究了暴露不同晶面α-Fe203单晶颗粒的电化学传感性能,发现不同晶面的电催化活性的强弱顺序为(110)>(001)>(012),这是由于不同晶面对于亚硝酸根离子的吸附能力不同。该研究表明提高电化学传感器响应性能不但可以通过制备更大比表面积的电极材料,而且可以利用不同晶面的反应特性,是制备新型电化学传感器的新方法。(2)通过阳离子交换反应成功制备了多孔结构的CaFe2O4/ZnFe2O4复合光催化剂,p型CaFe2O4和n型ZnFe2O4形成的异质结界面电场有利于光生电荷的分离和传输。通过调节离子交换反应温度、反应时间等工艺参数可以调节复合材料中CaFe2O4和ZnFe2O4的比例。以光降解亚甲基蓝为模型反应,CaFe2O4/ZnFe2O4复合光催化剂比单一光催化剂表现出更高的催化活性,原因在于p-n结结构能够有效促进光生电子和空穴的分离。阳离子交换反应得到的多孔结构增加了光催化剂的比表面积,也有助于提高光催化活性。