晶体是原子或者分子规则排列的固体，它在日常生活中非常常见，生活中常见的食盐、雪花和钢铁等都是晶体。晶体的一大特征便是具有规则的几何外形，人们对晶体的研究也是从观察和欣赏其几何外形开始的。基于晶体的宏观性质，科学家建立了几何晶体学理论，为晶体结构的分析建立了理论基础。X射线晶体结构分析方法用于化学物质的结构研究则标志着现代结晶化学迅速兴起。它利用电子对X射线的散射作用可以获得晶体中电子密度的分布情况，再从中分析获得原子的位置信息，即晶体的具体结构。这为晶体在光学、电磁学、热学以及催化等方面的应用打下了坚实的基础，晶体学也成为无机化学，结构化学，材料化学等多门学科的重要基础。　　铁氧化物具有储量丰富，无毒，耐腐蚀等优点，具有良好的耐热性，耐光性，同时对紫外线有着良好的吸收和屏蔽效应，人们使用铁氧化物已经好几个世纪了，从最初的赭石被用于墓穴的颜料开始，铁氧化物的应用范围不断拓展到生活中的各个领域（磁性材料、颜料、催化、气敏、药物传输等）。自然界中铁的氧化物主要是磁铁矿(Fe3O4)和赤铁矿(α-Fe2O3)两种，两者在适当的条件下可以相互转化。作为最常见的铁氧化物，α-Fe2O3广泛用于油漆、油墨、橡胶等工业中，也可做玻璃、宝石、金属的抛光剂，而氧化铁化学性能的最直接体现是其在催化中的应用（催化脱氢，光解水，光降解等）。纳米技术的发展对材料领域产生了重大的影响，基于α-Fe2O3的重要作用，各种不同形貌的纳米氧化铁颗粒不断的见诸报道，人们实现了在纳米尺度上对氧化铁进行精准调控（其尺寸从几纳米到几百纳米甚至微米，其结构从一维到三维甚至多级结构）。不同的形貌往往对应着不同的暴露晶面，同传统催化剂表面结构的不可控相比，这些氧化铁纳米颗粒在催化方面有着巨大的优势，因为借助于这些纳米颗粒确定的原子排列结构和其他催化剂表征，有望确定催化反应的活性中心和反应途径，这对合理的设计高效催化剂至关重要。基于α-Fe2O3在催化中的重要角色，以“暴露特定晶面的氧化铁纳米单晶及其催化性能研究”为研究课题展开了研究。具体研究内容如下:　　1.以有机胺为配体，硝酸铁为铁源，使用水热法合成了暴露不同晶面的氧化铁纳米晶体。配体可以通过洗涤加煅烧除掉。以乙苯脱氢为探针反应，分别研究了催化剂在CO2气氛和Ar气氛下的乙苯脱氢活性，发现了主要暴露(113)面的十八面体在CO2气氛下对乙苯脱氢有着明显的促进作用，而催化活性在Ar气氛下则没有明显的不同。通过CO2-TPD，证明了十八面体在高温条件下对CO2有着明显强于其它样品的吸附强度。结合原位红外漫反射(DRIFTS)和逆水煤气反应(RWGS)，确定了CO2在催化剂表面的主要吸附方式和其促进催化反应的主要途径。以此为切入点，结合氧化铁不同晶面的原子排布，确定了催化反应的活性位点应当是三配位氧，通过理论模拟，进一步证实了，在(113)面上三配位氧对CO2的活化程度最大。　　2.参考文献报道，发现(113)面不但在乙苯脱氢反应中有着明显的促进作用，对光照条件下的有机染料降解也表现出了优异的催化性能。如何进一步优化其催化性能？基于文献报道，提出配体离子分级作用用于合成暴露高活性的(113)面同时具有中空结构的氧化铁纳米单晶。在氟离子和磷酸根离子的作用下，合成了套管十二面体，不同于常见的中空多面体，该结构是在十二面体的外壳里嵌有纳米管。为了研究其生长机理，进行了时间实验，确定了氟离子在生长前期对十二面体外壳的行成中占主导作用，反应后期，磷酸根被释放出来，刻蚀从F离子浓度最低的顶端开始，由于最外层结晶性最好，因此刻蚀中出现了贴着外壳的内表面，得到套管十二面体的特殊结构。通过浓度实验，得到了中空十八面体，中空纺锤体等一系列多级结构，他们均表现出了比主要暴露(113)面的十八面体更强的催化性能。　　3.在合成主要暴露(012)面的类立方体氧化铁纳米晶体的时候，发现其投影并不是完整类立方体。有两条边被选择性的“削掉”，“削”出来的面对应于(104)面。基于晶体对称性，推测其真实结构应当是六条边被“削掉”的类立方体，这是一种从未见诸报道的十二面体。通过条件实验合成大尺寸类立方体证明了推测，并发现同时暴露(012)面和(104)面的十二面体的光催化活性高于仅暴露(012)面的类立方体和仅暴露(104)面的菱面体，因此推测，晶面之间应当存在协同作用，有利于提高其催化性能。通过光照与黑暗条件下在催化剂上沉积Au颗粒，证实了晶面之间的协同作用有利于光生电子-空穴的分离，导致了十二面体优良的化性能。