作为一种经典的磁性金属氧化物,四氧化三铁（Fe₃O₄）一直被广泛使用和研究。与其他过渡金属氧化物相比,Fe₃O₄具有一些独特的物理、化学性质,例如内部同时含有Fe（III）和Fe（II）、较高的导电性、生物毒性低等。随着纳米技术的飞速发展,Fe₃O₄纳米材料深入到人们生活中的各个领域并发挥重要作用,如生物、医疗、能源、环保等。Fe₃O₄纳米材料的制备方法多种多样,从物理法到化学法、从低温到高温、从无机原材料到有机原材料等。其中绝大部分制备方法都需要在溶液中进行,所得到的产物在宏观形式上一般都呈现为粉末状。粉末状的Fe₃O₄纳米材料在制备和使用阶段往往需要分离和过滤等步骤,这无疑会大大增加流程复杂度。近年来,一些学者利用原位生长法制备非粉末状的Fe₃O₄纳米材料。然而现阶段的原位生长法仍然具有明显缺点,它们一般都需要通过高温烧结才能得到结晶态的Fe₃O₄,这大大限制了材料的应用范围和潜力。如果能够在低温条件下实现利用原位生长法制备非粉末状的Fe₃O₄纳米材料,不仅可以完善、丰富传统的制备工艺,而且可以降低对于能源的消耗、简化操作流程。对于进一步理解Fe₃O₄的生长机理、材料特性,以及拓展其应用范围都具有重要意义。本论文重点围绕如何开发出一种低温原位生长法,用来制备固载于衬底上的非粉体Fe₃O₄纳米材料展开,并系统研究其低温结晶动力学过程、表面形貌转变机理以及工艺参数对材料各种性质的影响等。主要采用的技术思路是利用阳极氧化法在铁基底上生长无定形态的铁氧化物,然后利用不同的溶液对其进行低温结晶,成功制备出具有多种形貌结构的铁基Fe₃O₄纳米材料。通过各种技术手段对产物的性质进行表征分析,并探索它们在多个领域的应用。取得的重要研究结果如下:（1）利用阳极氧化法在铁基底表面生长一层无定形态的铁氧化物,然后利用去离子水（DI）对阳极氧化后的产物进行低温原位结晶（95 ^oC）,得到铁基Fe₃O₄纳米片。获得的Fe₃O₄纳米片的厚度在10-20 nm之间,边长在100-150 nm之间。详细研究了实验过程中各种因素对于产物性质的影响,明确了DI在低温结晶过程中起到的关键作用。在DI的作用下主要发生了“溶解-再结晶”过程,促使样品的晶体结构由无定形态转变为Fe₃O₄结晶态。同时发生的还有“取向联结”过程,促使样品的形貌结构由纳米颗粒转变为纳米片,并且单个的Fe₃O₄纳米片呈现出单晶特性。（2）利用水合肼（N₂H₄·H₂O）溶液,通过低温原位法制备出铁基Fe₃O₄纳米多面体。铁基底表面Fe₃O₄层的厚度约为3?m,主要构成组分为粒径在30-50 nm之间的纳米多面体。Fe₃O₄层与铁基底的结合较为紧密,表明样品具有良好的鲁棒性。在水合肼参与的情况下,阳极氧化后样品在一个更低的温度下就能完成由无定形态向Fe₃O₄结晶态的转变。研究了低温结晶过程中的结晶温度、结晶时长等因素对产物性质的影响。铁基Fe₃O₄纳米多面体在作为非均相芬顿反应中的催化剂使用时表现出良好的降解性能,在催化降解罗丹明B（Rh B）的实验中,体系的降解效率在120 min后达到90%。作为一种无需过滤,可多次重复使用的非均相芬顿反应催化剂,铁基Fe₃O₄纳米多面体具有良好的循环稳定性,在连续使用10个循环后降解性能仅仅衰减10%。（3）在利用低温原位法制备了铁基Fe₃O₄纳米材料的基础上,以葡萄糖作为碳源对样品进行原位碳掺杂,得到碳掺杂铁基Fe₃O₄纳米材料。铁基底作为集流体,碳及Fe₃O₄作为活性物质,制备的样品可以直接作为无粘结剂电极使用。当碳掺杂铁基Fe₃O₄纳米多面体应用于锂离子电池中时,样品的首次放电比容量由碳掺杂前的1095.4?Ah cm^-2升高为碳掺杂后的1725.6?Ah cm^-2。当碳掺杂铁基Fe₃O₄纳米颗粒应用于超级电容器中时,样品表现出明显的赝电容特性。在10 m A/cm²的电流密度下对样品进行500次充放电,样品的比容量由初始的129.7 m F/cm²降低为500圈后的118.1 m F/cm²,比容量保持率为91.0%。通过低温原位法,可以较简便地制备出生长在铁基底上的、非粉末状的Fe₃O₄纳米材料。该法的提出不仅能够丰富Fe₃O₄纳米材料的制备方法,同时也为其他金属氧化物纳米材料的制备提供了一种新的思路。