本作品设计生长的杂化阵列结构将碳材料和氧化物有序纳米棒阵列的优点集于一体。既利用了阵列结构电极的电子传输快、体积膨胀小、活性材料利用率高等诸多优点；又充分发挥了碳材料导电性好和机械强度高的优势，使电极材料能够维持其阵列结构的完整性（以增强循环能力）以及在高电流倍率下的工作性能。

氧化铁（Fe2O3）不仅环境友好，易合成，容量高（1007 mAh/g），而且与锂离子具有完全可逆的氧化还原反应。本文以FeCl3•6H2O和Na2SO4为原料，采用简单的水热法，旨在设计氧化铁（Fe2O3）纳米棒阵列作为电池负极材料，并对电池的循环寿命、快速充放电能力和工作机理进行系统研究。结果表明，在倍率为0.5C时，（1C定义为每小时放4 mol的Li+，134.2 mA/g），阵列的首次放电容量约为1236 mAh/g，充电容量为840 mAh/g，远大于商业上所用的石墨类碳材料负极的理论容量。自10次充放电后，其库伦效率一直保持在98%以上。我们进一步地将α-Fe2O3纳米棒阵列与纳米棒粉末相比较时发现，在50次循环后，阵列结构材料的放电容量仍有562 mAh/g，不仅比碳材料负极的理论容量高出许多，较先前所报道的α-Fe2O3纳米结构电极也有着明显的优势。然而，粉末电极在50次循环之后容量只有329 mAh/g，小于石墨类碳材料的理论容量372 mAh/g。由此可见，阵列结构极大提高了电极的性能，这归因于纳米棒阵列优异的电子传输和良好的应力缓冲能力。本文还通过充放电曲线描述了α-Fe2O3纳米棒阵列在高倍率下的首次充放电性能，结果表明在2C倍率下的可逆容量（459 mAh/g）仍优于石墨碳。我们将上述α-Fe2O3阵列进行进一步处理，得到了Fe3O4、碳修饰氧化铁（C/α-Fe2O3）纳米棒阵列，两者均展现出了优越的电化学性能。此结果表明，负极材料的导电性对于电化学性能的影响也十分重大。本研究为寻找新型的氧化物负极材料提供了科学的实验依据。

第十二届“挑战杯”作品 二等奖
论文 “Large-Scale Porous Hematite Nanorod Arrays: Direct Growth on Titanium Foil and Reversible Lithium Storage” 于2010年11月发表在ACS（美国化学学会）期刊 Journal of Physical Chemistry C（2010, 114, 21158–21164），期刊影响因子：4.224，国际刊号1932-7447