伴随着现代技术和文明的迅猛发展,环境污染问题逐渐明显,能源消耗不断增加。环境污染和能源危机已成为可持续发展过程中的两大重要问题。在常见的大气污染中,由工业和交通引起的低浓度氮氧化物（主要是一氧化氮）对生态和人类健康产生了极大影响,因此一氧化氮（NO）的去除极具研究意义。然而传统的选择性催化还原、吸附法等技术常用于处理工业高浓度NOx废气且易受温度、设备等限制。光催化氧化技术是利用太阳能来处理空气中低浓度NO的一种更加经济环保的策略。除此以外,面对日渐紧张的能源问题,已探索开发了诸多新型可再生能源,其中微生物燃料电池（MFC）是一种兼具能源转换和环境保护的可再生能源技术,可在去除污染的同时实现产电而极具研究价值。目前单室MFC的产电性能主要受阴极催化剂的氧还原反应（ORR）限制,开发经济高效可替代的氧还原反应电催化剂是实现MFC优异性能以及未来工业化应用的关键。铁系材料由于自然资源丰富、形貌多样、稳定性好等特点,被广泛应用于环境及能源领域。本文以铁系材料为基础制备了一系列的铁基纳米复合材料,利用其光催化、电催化活性分别将材料应用于低浓度氮氧化物污染治理以及微生物燃料电池产电性能研究。（1）针对低浓度的氮氧化物污染问题,我们以浸渍-水热法构建了一种Z型2D/2Dα-Fe2O3/g-C3N4异质结光催化剂。Z型异质结的能带结构可拓宽可见光吸收范围并促进电荷转移。独特的2D/2D结构具有高界面面积和分散广泛的活性位点。通过优化材料中α-Fe2O3前躯体的含量,制备的催化剂在可见光辐照下NO降解率最高可达60.8%。异质结的构建使得g-C3N4纳米片和α-Fe2O3纳米片间存在较强的界面作用,大大提高了光催化性能。循环实验证明,α-Fe2O3/g-C3N4具有良好的稳定性和可重复使用性。（2）针对能源紧缺的现状,我们通过溶剂热和热解方法合成了由MOF衍生的Fe/Fe3C嵌入N掺杂的碳杂化材料Fe/Fe3C/NC,并将其作为微生物燃料电池阴极催化剂。独特的1D/2D混维结构赋予其不同尺寸下碳材料的诸多优势。大表面积和介孔结构为O2扩散和反应提供了丰富的活性位点和快速的传质通道。另外,石墨-N和吡啶-N的存在可以有效降低电子扩散和传输的阻力,增强了电催化性能。Fe/Fe3C/NC-800阴极催化剂在极少的催化剂负载的情况下可达到1076.16 mW m-2的最大功率密度,远优于20%Pt/C。长期运行后,电池的最大功率密度仍保持在较高水平,具有优异的稳定性和长期耐用性。（3）为了进一步提升MFC的产电性能,本文采用水热和热解方法制备了CoFe/Co2P纳米粒子嵌入交织的氮磷双掺杂碳纳米管材料CoFe/Co2P/NPC,研究了其氧还原反应性能。N、P双杂原子以及Co2P与氮磷双杂原子掺杂的碳材料之间的协同效应增强了材料的ORR电催化活性。3D交织网络结构具有较好的稳定性,增强了材料的导电性的同时,还提供了有效的电子传递通道。吡啶-N和石墨-N可促进电子转移进而增强催化活性,制备的CoFe/Co2P/NPC催化剂展现出接近4e-的还原路径,优化后的CoFe/Co2P/NPC阴极催化剂在MFC应用中展现出优异的产电性能,实现了1278.01 mW m-2的最大功率密度,是20%Pt/C催化剂的1.39倍。