铁(Fe)是世界上最丰富的金属元素之一,跟人类的生产和生活息息相关。近年来铁纳米颗粒在磁性和催化领域的潜在应用,尤其是铁纳米颗粒作为超顺磁材料在医学上的应用逐渐得到研究者的重视。常规方法合成的铁纳米颗粒均为球形,而纳米材料的物理和化学性能与其尺寸和结构密切相关,所以发展铁纳米颗粒制备的新方法,可控制备新结构的铁纳米颗粒并对其结构和性能进行综合表征对推进铁纳米颗粒的应用研究具有重要意义。本文采用热力学控制生长的方法成功制备了5-13 nm的面心立方(face-centerd-cubic,FCC)Fe二十面体纳米颗粒。此种方法简单、重复性好,可以实现对FCC-Fe二十面体纳米颗粒尺寸和形貌的可控制备,二十面体颗粒产率基本可以达到100%。应用球差校正高分辨透射电子显微镜首次展示了Fe二十面体纳米颗粒三次轴、“准”二次轴和“准”五次轴的高分辨像。用热力学控制生长的方法还制备了十面体、五次孪晶纳米棒、四面体和立方体等不同形貌的FCC-Fe纳米颗粒,用电子显微术表征了这些结构的纳米颗粒。实验发现二十面体颗粒分布在10 nm左右的小尺寸,十面体和五次孪晶纳米棒分布在数十到上百纳米的中间尺寸,四面体和立方体的单晶颗粒分布在更大的尺寸范围。用热力学计算解释了FCC-Fe纳米颗粒晶体形貌的尺寸效应。此外,在碳材料载体上也成功制备了直径为10 nm左右的FCC-Fe纳米颗粒,这些颗粒85%为二十面体、十面体等孪晶结构。磁性能测量表明FCC-Fe纳米颗粒在常温时为超顺磁性,截止温度TB = 34 K,低温为铁磁性,比饱和磁化强度2σs = 80 Am /kg,有效磁晶各向异性常数K eff= 2.24×10 4 Jm-3。最后以M13噬菌体为模板,合成了分散性很好的直径约为10 nm的球形单晶FCC-Fe纳米颗粒。这种纳米颗粒并非热力学能量最有利的晶体形态,噬菌体的控制对晶体形成有重要作用。利用M13噬菌体和FCC-Fe纳米颗粒形成的耦合体系快速、有效地把U(VI)还原为2-5 nm的UO2纳米晶。提出了一种利用生物体治理U(VI)的新方法。