降解四环素（TC）是防治水污染的难点。以ZIF?8为前驱体，采用直接焙烧法制备了多孔碳材料Zn@ZPC；采用水热法制备了BiVO₄（BVO），然后以Zn@ZPC和BVO为原料经原位热处理方法制备了BVO/Zn@ZPC复合材料；讨论了合成过程中BVO添加量（质量）和焙烧温度对催化剂物性及光催化性能的影响；分别采用XRD、SEM、TEM、N₂吸附?脱附、XPS、UV?vis DSR和ESR等技术，对光催化剂的形貌结构、金属物种的状态、孔结构等进行了分析。结果表明，在ZnO和BVO间形成了Z型异质结；在焙烧温度为600 ℃、BVO添加量为40 mg的条件下制得的BVO?40/Zn@ZPC?600复合材料具有最佳的光催化降解TC的性能；在可见光照射下，5 mg催化剂在60 min内可将100 mL的TC（50 mg/L）完全降解。

开发高效的碳基钠离子电池（SIBs）负极材料是目前的研究热点。采用不同退火温度，使预还原后的氧化石墨烯（GO）获得具有不同层间距的波浪状还原氧化石墨烯（rGO）谱，并将其应用于SIBs负极，通过优化电解液，探究了rGO微观结构与储钠性能、储钠机制的关系。经过调谐层间距并与电导率权衡后，rGO负极在醚类电解液中通过插层和溶剂化Na⁺共吸附的储钠机制，在SIBs中显示出较高的首次库伦效率（82%），经过100次循环后容量保持率高达93%，说明rGO负极具有优异的循环稳定性。

揭示复杂的光物质相互作用，必须简化超材料的正向和反向按需设计。近年来深度学习作为一种流行的数据驱动方法，在很大程度上缓解了数值模拟耗时长、重经验的特点。提出了一种基于全连接的深度神经网络框架实现宽带吸收器的逆向设计和光谱预测。结果表明，深度神经网络（DNN）模型的准确度为87.47%；与传统的数值算法相比，该模型不仅在确保精确度的同时获得更高的效率，而且可为超材料按需设计性能提供参考。

近年来，钠离子电池的研究受到了越来越多的关注，过渡金属氧化物因易制备、低成本、高容量和高电化学活性等优点，被认为是最有潜力实现产业化的钠离子电池正极材料。NaFe_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂作为三元过渡金属氧化物钠离子电池正极材料，在已有的一元材料、二元材料的基础上，进一步提高了正极材料的电化学性能。以三元金属氧化物NaFe_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂为模型，研究了导电纳米材料改性对其电化学性能的影响，提供了提升三元过渡金属氧化物钠离子电池正极材料性能的掺杂策略。

基于第一性原理和波函数分析理论，研究了锯齿形边界的不同旋转角度（转角）的双层转角石墨烯纳米片（Z?TwBLG?NS）的单光子吸收光谱（One?photon absorption,OPA）和双光子吸收光谱（Two?photon absorption,TPA）以及它们的电子激发特性。研究了OPA和TPA随转角变化的规律及特性；对电子跃迁特性进行了可视化分析。结果表明，当转角不为0°时，吸收峰出现了不同程度的红移，说明转角对体系的吸收光谱有调制作用；转角不为0°的双层转角石墨烯纳米片具有明显的边界效应，电子和空穴等值面主要分布在边缘处。揭示了莫尔纹对电荷转移的限制作用，体现在聚集于莫尔纹处的电子和空穴分布的差异。研究结果为转角调控下的双层石墨烯纳米片光学特性提供了物理机制的分析依据，也为相关的研究工作提供了思路和方法。

非对称超级电容器具有快速充放电、高功率密度和长期循环稳定等特点，电极材料的性质对其性能起到决定性作用，利用阳离子取代是调节电极材料结构、性质和优化储能性能的有效方法。通过控制尖晶石型硫化物中的阳离子组成，采用水热法在泡沫镍基底表面制备了MCo₂S₄（M代表Co、Ni或Cu）纳米片阵列。由于金属离子半径和电负性差异，向Co₃S₄中引入Ni²⁺或Cu²⁺形成NiCo₂S₄或CuCo₂S₄，会诱导其晶格结构发生应变，从而提升金属位点的反应活性。相比于Co₃S₄，NiCo₂S₄的电荷转移电阻和离子扩散电阻分别下降了48.6%和28.7%，获得了良好的电化学性能。当电流密度为1 A/g时，NiCo₂S₄的比容量为1 128.8 F/g；当电流密度为10 A/g时，比容量保持率为59.8%；经过8 000次循环后仍保持60.2%的初始比容量。

将经过熔炼、锻造、打磨和抛光的金属Ni、Cu、Sn、In、Ti作为Zn负极的基底，制备了水系Zn离子电池。运用XRD、SEM、原位光学显微镜和电化学表征技术，分析了不同基底上的析氢速率、Zn在不同基底上的沉积/溶解行为、电偶腐蚀程度以及循环性能。结果表明，Sn和In不仅能够抑制Zn与基底之间引起的副反应，而且具有优异的亲Zn性能，但Zn在Sn基底表面沉积的形貌受Sn晶面的影响较大，In更适宜用作Zn负极的基底。

环境中Pb²⁺的浓度是环保管控领域重要的监测指标之一，过量Pb²⁺的存在对人类健康及环境生态稳定构成严重威胁。通过简易原位电致聚合的方法，成功地将聚多巴胺涂层修饰于电极表面，并将其应用于水中痕量Pb²⁺的电化学检测分析。结果表明，Pb²⁺能与聚多巴胺表面丰富的功能基团（-OH、-NH₂等）发生螯合作用，并被富集于电极表面；通过阳极溶出伏安法，Pb²⁺会从电极表面再次溶出，从而形成灵敏且具有特异性的电化学信号。通过考察电解质、pH及富集时间等实验参数对Pb²⁺溶出电流信号强度的影响，进一步优化了该方法对水中Pb²⁺的检测性能，其检测范围为50~800 nmol/L，理论检测限能够达到32 nmol/L。将其拓展至实际水样中Pb²⁺的测定，平均回收率可达到95%左右。该简易电极修饰策略能够为便携式环境痕量重金属离子灵敏性检测分析传感器设计提供新的思路。

采用原位水热法、离子交换法、浸渍法制备了系列Y沸石包覆Ru金属催化剂，讨论了采用原位水热法合成过程中Ru金属的添加顺序及不同合成方法对沸石物性及催化性能的影响；采用XRD、XRF和SEM等方法表征了沸石的组成和结构性质；采用H₂?TPR、H₂?TPD、TEM、CO?IR和XPS等表征方法表征了沸石中Ru金属的存在状态；采用NH₃?TPD和Py?IR表征了沸石的酸性质。结果表明，Ru金属的添加顺序对原位水热法合成的沸石影响较小；原位水热法合成的沸石包覆金属效果最好；在异丁烷异构化制正丁烷的反应中，所得Ru@HY?Si具有最高的异丁烷转化率及正丁烷选择性，在反应温度为673 K、质量空速为4 h^-1时催化活性最佳。

二维过渡金属碳化物和氮化物（MXenes），因具有高效的吸附催化性能、较宽的光吸收范围和良好的导电性等优点，已成为具有广泛应用前景的明星材料。掺杂Ni原子的Nb₂C材料具有优异的光催化性能，为了探索Ni掺杂Nb₂C提高光催化性能的内在机制，基于密度泛函理论（DFT），研究了Nb₂C及其Ni功能化形式（即Ni?Nb₂C）的电子结构性质及其对CO₂气体分子的吸附性能。结果表明，Nb单原子被Ni单原子取代，导致Ni原子周围的电荷密度增加和基底电荷密度的再分配，从而改善了光催化CO₂的电子环境，提高了对CO₂气体的光催化性能。

催化热解是木质素资源化利用的一种有效途径。采用溶剂热法合成三元金属?有机框架（MOF）前驱体，通过焙烧调控制得钙钛矿Ca_1?x Nd _x CoO₃（CNC?x），考察了其催化甘蔗渣木质素（BL）热解性能和再生性能，分析了气液相产物组成分布规律。结果表明，800 ℃焙烧制得的CNC?0.3表现出良好的催化BL热解性能，在温度为200~500 ℃时，热解活化能由64.24 kJ/mol降低至58.92 kJ/mol；与BL热解相比，气相产物收率降低，固相产物收率增加，液相产物收率由15.11%提高至17.94%；液相产物主要包括苯酚类、愈创木酚类、紫丁香酚类、苯醚类等芳香基含氧化合物，芳香基含氧化合物的总选择性比纯BL热解时提高了11.0%；经过5次循环再生，CNC?0.3仍具有良好的结构和催化稳定性。

以六水合硝酸镍（Ni(NO₃)₂·6H₂O）为镍源、六水合硝酸钴（Co(NO₃)₂·6H₂O）为钴源、尿素为沉淀剂，采用水热法制备NiCo₂O₄纳米棒，然后浸渍还原RuCl₃，得到了NiCo₂O₄/Ru复合催化剂。利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）等测试技术，对复合催化剂的物相、形貌进行了表征。通过线性扫描伏安法（LSV）、电化学阻抗谱（EIS）等电化学测试手段，对催化剂的氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的催化性能进行了研究。将NiCo₂O₄/Ru复合催化剂作为正极组装锌空电池，使用蓝电电池测试仪评价了其开路电压、充放电性能和循环稳定性等指标。结果表明，NiCo₂O₄/Ru复合催化剂在电流密度为10.0 mA/cm²时，析氧过电位为420 mV，氧还原半波电位为0.77 V，且具有较高的ORR/OER双功能催化活性；由NiCo₂O₄/Ru复合催化剂组装的锌空电池开路电压为1.37 V，峰值功率密度为143 mW/cm²，且能稳定循环50 h。

以γ?Al₂O₃为载体、Ni为活性组元，通过引入助剂Mo改善Ni系催化剂金属分散度，制得NiMo/γ?Al₂O₃催化剂（NiMo系催化剂）。采用BET、XRD、H₂?TPD、H₂?TPR、透射电镜等多种表征手段对催化剂进行了物性表征，并利用加氢装置对催化剂性能进行评价，考察了金属分散度对催化剂催化活性的影响。结果表明，Mo的引入可有效减弱Ni与载体的相互作用，H₂?TPR谱图低温还原峰明显前移，峰强度增强，催化剂活性比表面积由0.7 m²/g增加到15.3~16.1m²/g，金属分散度由0.80%提高到18.59%，增加了催化剂表面金属活性中心数量，提高了催化剂表面金属分散度；在相同的工艺条件下处理催化裂化重汽油，NiMo系催化剂较Ni系催化剂脱硫率提高了15.7%，烯烃饱和率提高了4.9%，脱硫选择性降低了3.4%。由此可见，NiMo系催化剂兼具较好的脱硫性能和脱硫选择性。

为解决钯（Pd）催化剂在选择性加氢中对目标产物选择性差的问题，添加第二金属M（M为Mn、Fe、Co、Ni），通过简单共还原法合成了PdM/C双金属合金催化剂；以3?硝基苯乙烯为模型分子，以H₂作为氢源，研究了第二金属对Pd基催化剂选择性加氢性能的影响规律；采用XRD、TEM、气相色谱等方法对Pd基催化剂进行了表征与测试。结果表明，以纯Pd/C为催化剂，3?硝基苯乙烯加氢反应1.5 h，其转化率为100%，3?硝基苯乙烷的选择性仅为29%，过度加氢产物3?氨基苯乙烷的选择性为71%；引入第二金属后，PdM/C对3?硝基苯乙烷的选择性提升到75%~100%。其中，PdFe/C能将3?硝基苯乙烯完全加氢转化成3?硝基苯乙烷，且反应10次后，3?硝基苯乙烯的转化率仍保持在100%，3?硝基苯乙烷的选择性为99%，能够有效地避免过度氢化，实现3?硝基苯乙烯选择性加氢制备3?硝基苯乙烷。