电介质电容器是通过在静电场下介质的极化的形式存储电能的一种器件，由于其功率密度高，放电时间短，在脉冲功率电子器件中有着广泛应用。然而，电介质电容器的的储能密度较低（<2 J/cm³），这限制了其进一步的发展，而解决该问题的核心在于开发高能量密度介电储能材料。对介电储能材料的发展历史、性能特点进行了介绍，并分析了不同种类介电储能材料的研究现状，以及介电储能材料一些尚未解决的问题，并对该领域未来的发展方向作出了展望。

相比于液态锂电池，固态锂金属电池由于电解质不易燃、不挥发而具有更高的安全性。此外，固态电解质能够有效抑制锂枝晶的生长，使基于高能量密度的锂金属作为负极材料成为可能。但是，固态锂金属电池存在着界面阻抗大、固体电解质/电极兼容性差、电解质离子电导率低及电化学窗口较窄等问题。因此，开发高性能的柔性固体电解质对推动固态锂金属电池的发展起着重要作用。本工作总结了固态锂金属电池中聚合物与不同类型填料复合最新研究进展及复合固体电解质匹配电极材料时存在的界面阻抗大问题与解决策略。

近些年来，因金属镁、铝、钙、锌等储量丰富，成本低廉和高安全性，基于多价阳离子（如Al³⁺，Mg²⁺，Ca²⁺，Zn²⁺等）的可充电电池受到了广泛关注。本工作总结了国内外研究团队在多价离子电池研究方面取得的成果和突破性进展，发现目前多价离子电池研究体系中关于铝离子和镁离子电池的相关研究工作较多，主要侧重于正负极材料的开发以及电解液组分的优化。然而，在多价离子电池体系的快速发展中，我们发现仍然存在一些棘手的问题有待解决，比如正极材料的结构不稳定，较慢的离子迁移速率，负极的钝化及枝晶问题，以及电解液的腐蚀性等。最后就目前多价离子电池体系未来的发展方向进行了展望，即在以后的研究中寻找高能量密度的多价离子电池模型是主要的研究方向，其中可以在正负极材料的结构修饰和性能改进、电解液优化及多组分的匹配等方面进行探究和尝试，以此来获得高性能的多价离子电池。

热电材料可以实现热能和电能的直接相互转换，在温差发电和固态制冷等领域具有重要应用，受到了学术界和工业界的广泛关注。本工作首先简述了热电材料研究的相关背景，然后根据材料工作的温度，对室温附近、中温区以及高温区一些典型热电材料的最新研究进展进行了概述，重点介绍了材料的晶体结构特点和性能优化策略。在此基础上阐述了热电能量转换技术在材料、器件和研发模式等方面所面临的困难和挑战。最后，对热电材料未来的发展方向提出了展望。

有机无机杂化钙钛矿材料具有卓越的光电特性，如高吸收系数、长载流子寿命和扩散长度，且可低温溶液加工，所制备的钙钛矿太阳电池最高认证光电转换效率已达25.5%，展现出了巨大的商业化前景。本工作将围绕近年来该领域的主要研究进展，从钙钛矿光伏材料的定义与分类开始，重点综述了该类器件在光电转换效率、稳定性、低毒性、大面积制备4个方面的研究进展，最后对钙钛矿太阳电池商业化所面临的关键挑战进行了讨论与展望，旨在为未来钙钛矿太阳电池的研究和发展提供参考。

水系锌离子电池作为一种新型二次离子电池，因其低成本、高安全、环境友好以及高功率密度等特点，在大规模储能等领域具有广阔的应用前景。以本课题组在水系锌离子电池领域的研究成果为基础，结合国内外同行的最新研究工作，主要从正极材料、负极材料和电解液3个方面系统性地总结了水系锌离子电池的研究进展，凝练出当前该领域电池循环寿命短等瓶颈问题并提出了“单相反应机制”等解决思路，最后对高能量密度、高安全、长寿命水系锌离子电池未来的研究和发展方向进行了展望。

采用热还原法制备了一种具有氮空位的石墨相氮化碳（g-C₃N₄）/高岭石复合材料，利用扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、紫外-可见分光光度法、X射线光电子能谱仪等手段对复合材料进行表征，并以双酚A（BPA）为目标污染物，系统考察了复合材料在可见光/过硫酸盐催化降解体系中的催化活性。结果表明：优化条件下制备的样品NGK-10：1对BPA的降解效率最高，分别为g-C₃N₄和氮空位g-C₃N₄的9.98和5.72倍，一方面归因于较大的比表面积和孔体积为污染物吸附与降解提供了更多的反应活性位点，另一方面氮空位的形成既可以作为光生电子的捕获中心，提升光生载流子的迁移和分离效率，同时也为PMS的高效活化提供了电子，促进了SO₄^•-和·OH的形成，进而实现对BPA降解过程的协同强化；自由基淬灭实验发现非活性自由基起到主要氧化降解作用。

从原子、电子层次深入研究矿物材料的表界面功能设计，将是本领域的一个重要研究趋势。综述了矿物材料表界面计算模拟的研究进展，归纳了界面复合、表面改性和结构改型等3个研究方向，概述了其中原子、电子层次微观机制的相关内容，并对矿物材料功能设计面临的挑战和未来发展进行总结和展望。

基于磷酸盐和层状双氢氧化物的阻燃性和结构特征，用离子交换法制备了三聚磷酸盐/层状双氢氧化物插层复合物（LDH-P），以油酸钠为表面改性剂，采用水浴法包覆LDH-P获得了油酸钠包覆型复合物（LDH-P-S）。研究了LDH-P-S、十溴二苯乙烷（DBDPE）复配阻燃剂对聚丙烯（PP）的协效阻燃行为。结果表明：当LDH-P-S用量占阻燃剂总量的25%时（阻燃剂总量占PP质量的30%），与单一DBDPE阻燃PP体系相比，聚丙烯的氧指数由24.2%提升至24.9%，烟雾释放总量下降10.3%，热释放峰值下降38%，垂直燃烧性能达到V-0级。LDH-P-S与DBDPE的协效阻燃作用不仅能减少DBDPE的用量，同时能有效改善综合阻燃性能。

采用酸碱刻蚀和热聚合法相结合的方法，以介孔高岭石（PK）为载体，双氰胺为前驱体，成功制备出一种可见光响应能力强、光催化效率高的新型二维层状介孔高岭石基光催化复合材料。通过X射线衍射、Fourier变换红外光谱、扫描电镜、比表面积测试、紫外-可见吸收光谱、电化学阻抗谱等检测方法，对光催化复合材料的晶体结构、分子组成、微观形貌、比表面积和孔结构、光电化学性能进行表征。结果表明：当用酸碱处理后的PK与g-C₃N₄（GCN）的质量比为1∶3时，制备出的PK/GCN-3复合材料具有更大的比表面积（25.9 m²/g）和更宽的可见光吸收阈值（517 nm）。在6 h的可见光照射下，PK/GCN-3对罗丹明B染料降解的表观反应速率常数是纯GCN的5倍。

基于黏土矿物在催化剂制品中的广泛应用和因CO₂增长过快造成的全球温室效应，通过溶胶凝胶法在凹凸棒石（ATP）表面负载TiO₂并以其为载体，采用浸渍法制备了用于CO₂甲烷化的Ni-Ru/TiO₂-ATP催化剂。比较Ru和Ni负载量对催化性能的影响，重点考察了反应温度和空速对甲烷化过程的影响，并采用原位红外测试技术进一步揭示了其反应机理。结果表明：双金属催化剂具有优异的低温催化活性。制备的催化剂中5Ni-1Ru-TiO₂-ATP的催化效果最佳，在350℃时CO₂转化率达到47.9%，在400℃时转化率最高，为59.6%。比相同条件下制备的不含Ru的催化剂在350℃时的转化率提高31.8%，在400℃时提高26.5%。进气速率过大会导致气固相接触不充分，催化效果变差。原位红外分析发现该多元复合催化剂遵循一种以CO*基团为中间体的反应机理。

采用酸浸、碱浸及碱浸-水热联合工艺对红辉沸石进行孔结构调控，并对处理前后样品的孔结构特性、成份组成、微观形貌及调湿性能进行了系统分析。结果表明：酸浸有利于增加红辉沸石中微孔及2~10 nm的小尺寸介孔数量，而碱浸有利于增加红辉沸石中2~50 nm的介孔数量；碱浸-水热联合工艺可实现以较低碱浓度对红辉沸石孔结构调控；微孔的增加有利于提升红辉沸石的吸湿性能，而10~50 nm中大尺寸介孔及大孔的增加有利于提升红辉沸石的放湿性能；在相对湿度33%~75%的环境下，碱浸样品的吸放湿均衡性优于酸浸样品，经3.0 mol/L盐酸酸浸、5.0 mol/L氢氧化钠碱浸、0.6 mol/L氢氧化钠水热碱浸后样品的12 h调湿量分别可达4.44%、5.41%、3.72%，相比未处理红辉沸石分别增加4.62倍、5.84倍、3.71倍。

以临江硅藻土为原料，经不同煅烧温度处理制备煅烧硅藻土样品。采用低温氮吸附法和压汞法系统表征硅藻土及其煅烧样品的孔道结构特征，基于氮吸附和压汞实验数据，采用FHH模型、Menger海绵模型和热力学关系模型分析硅藻土及其煅烧样品的分形特征。结果表明：硅藻土的孔道主要为介孔和大孔；随着煅烧温度的升高，硅藻土的比表面积和介孔体积呈下降趋势，大孔比例增加，孔隙表面粗糙度降低，表面趋向光滑。煅烧温度低于600℃时，介孔体积分形维数随煅烧温度的升高而降低，介孔结构不均匀性降低，煅烧温度为1000℃时，介孔体积分形维数明显提高，介孔结构变形。煅烧温度高于600℃时，大孔孔隙的分形维数降低，硅藻土的大孔表面的粗糙度和不均匀性降低。

通过控制氮气气氛下黄铁矿热分解的温度和时间，制备单斜磁黄铁矿（M-Pyr），用于活化过二硫酸钠（PDS）降解土霉素（OTC）。考察了OTC初始浓度、溶液初始pH值、PDS和M-Pyr剂量对降解效果的影响。结果表明：M-Pyr/PDS体系对OTC的去除率与PDS和M-Pyr的量成正相关，与OTC初始浓度成负相关，当pH=6或7，ρ（M-Pyr）=0.1 g/L，c（PDS）=1 mmol/L时，初始浓度为20 mg/L的OTC降解率可达99%以上。M-Pyr在重复2次使用后，对OTC的去除率为86.5%，其循环使用效果不佳的原因是M-Pyr溶蚀以及中间产物占据活性位点。通过淬灭实验可知，在M-Pyr/PDS体系中硫酸根自由基和羟基自由基是主要的活性物种。黄铁矿热分解产生的M-Pyr可有效活化PDS降解土霉素。

以有机硅废渣作为硅源，利用碱熔与水热合成相结合的方法制备介孔二氧化硅MCM-41，研究了碱熔时间及液固比对硅源提取率的影响，CTAB/SiO₂摩尔比对合成二氧化硅形貌的影响，并考察了MCM-41对水体罗丹明B（RhB）的吸附性能。结果表明：在碱熔时间2 h、液固比50∶1 mL/g、CTAB/SiO₂摩尔比1∶0.3条件下合成的介孔二氧化硅MCM-41的介孔结构有序性好，比表面积为783.23 m²/g，孔径和孔容分别为2.529 nm和0.7479 cm³/g。MCM-41对RhB具有较强吸附能力，最大吸附容量为295.23 mL/g，吸附过程符合准二级动力学模型，吸附等温线符合Langmuir单分子层吸附，属自发的放热反应。此外，MCM-41具有良好的吸附再生能力。

以2种典型不同层电荷密度的蒙脱石为研究对象，通过烷基铵法测定了2种蒙脱石的层电荷密度，分别为0.342和0.439。研究了层电荷密度对蒙脱石二维剥离及其剥离后纳米片表面电性的影响。通过分子动力学模拟解释了层电荷密度对蒙脱石剥离二维纳米片和水化膨胀能力的影响机理。结果表明：层电荷密度低的蒙脱石具有更好的水化膨胀能力，更易剥离制备二维纳米片。层电荷密度高的蒙脱石剥离的二维纳米片单位面积的电负性更大。蒙脱石层电荷密度越低，其晶层表面对水分子吸附作用越弱，层间阳离子水化能力更强，水化膨胀能力大，也解释了层电荷密度低的蒙脱石更易剥离成二维纳米片的原因。

以风化花岗岩洗砂尾泥为硅铝源，通过水热法制备4A沸石用于处理氨氮污染。通过不同煅烧温度的表征确定尾泥活化最佳温度为600℃，并在单因素实验基础上，以阳离子交换容量（CEC）为响应值，根据中心组合设计-响应面优化法实验设计原理对水钠比、钠硅比、晶化温度、晶化时间等参数进行优化，发现晶化时间对阳离子交换容量影响最大，确定最优工艺参数为：n（H₂O）：n（NaO₂）=1.42；n（NaO₂）：n（SiO₂）=61.0；晶化温度为90.89℃；晶化时间为8.16 h，此时阳离子交换容量最大为198.5 mmol/100 g。用扫描电子显微镜、X射线衍射对合成4A沸石进行表征，最优工艺参数下所得4A沸石纯度较高。静态吸附实验，pH=4，固液比为0.5 g/L，氨氮浓度为70 mg/L，结果表明：以风化花岗岩洗砂尾泥合成的4A沸石对氨氮吸附量为69.1 mg/g，对氨氮去除机理主要为离子交换，符合二级反应动力学，是一种潜在的氨氮高效吸附材料。

采用新型冷冻胶凝陶瓷成型技术制备Si₃N₄/钡长石（BaAl₂Si₂O₈，BAS）复相陶瓷材料，研究了不同温度（25~1400℃）和BAS含量（质量分数）条件下，Si₃N₄/BAS复相陶瓷材料弯曲强度、弯曲模量、弯曲断裂特性以及陶瓷微观结构。结果表明：BAS含量提高可显著提高材料高温力学性能，在1400℃和40%BAS含量时，Si₃N₄/BAS复相陶瓷材料弯曲强度和弯曲模量分别可达241.0 MPa和92.0 GPa。在25~1400℃，当BAS含量为30.0%~40.0%时，Si₃N₄/BAS试样加载断裂均表现为脆性断裂模式，此时材料烧结体主要由β-Si₃N₄和BAS两种晶相组成，不含Si₂N₂O晶相。当环境温度为1500℃空气条件下，不同BAS含量的试样均出现明显的表面氧化现象，温度低于1400℃时无表面氧化现象。

SiC/SiC复合材料具有耐高温、抗氧化、耐烧蚀、抗热震等优异性能，是航空航天领域理想的高温结构材料。界面相是影响SiC/SiC复合材料性能的关键因素之一。依据陶瓷基复合材料界面相设计理念的不同，本工作将SiC/SiC复合材料界面相分为层状结构、难熔氧化物、稀有金属盐、多元陶瓷4大类，综述了各类界面相的材料种类与形式、力学及抗氧化性能改性效果、性能影响因素及作用机理、存在的问题，并对未来发展趋势进行了展望。

以天然埃洛石为前驱体，通过低温铝热还原法和自模板法合成硅纳米管，研究了结构形貌在还原过程中的维持机理及储锂性能。结果表明：在低温铝热还原过程中，天然埃洛石中的铝氧八面体有助于维持埃洛石一维纳米管状结构进而得到硅纳米管。基于埃洛石的硅纳米管作为锂离子电池负极时具有优异的电化学性能，电极首次比放电容量高达3150.2（mA·h）/g，50次循环后显示出1786.0（mA·h）/g的高容量，为商业硅材料比容量的2倍以上，采用2 A/g大电流密度循环时，电极在200次循环后比容量能够保持1197.6 mA·h/g，远高于商业硅电极。

全固态锂电池由于高安全性、高能量密度、宽电化学窗口受到研究者的关注，但是在实际应用中也存在一些问题，如固态电解质和电极材料之间为刚性接触，界面电阻大；锂金属较为活泼，与电解质接触易发生副反应导致界面不稳定；硫化物固态电解质对空气不稳定，生产成本高等。综述了电极材料与氧化物固态电解质、硫化物固态电解质、聚合物固态电解质的界面问题，对界面优化策略进行介绍和讨论，为以后解决全固态锂电池界面问题提供参考。

综述了PLD技术在中低温SOFCs电解质、电极和连接体制备方面的研究现状。研究表明：PLD沉积的电极薄膜可使电极表面活性增加，同时PLD沉积的电解质复合薄膜在显著降低Ohm电阻的同时可有效阻挡电子传导，并且PLD沉积的连接体保护膜显著减缓了连接体的氧化，从而提高了电池的性能。讨论了PLD在SOFCs制造中的发展趋势。PLD技术在实现阴极的多孔化和调控连接体表面氧化膜的生长速率2个方面具有广阔的应用前景。

采用海藻酸盐离子凝胶法制备直孔Ni-YSZ阳极支撑体，制备了一体化的Ni-YSZ阳极支撑体及阳极功能层（AFL）。直孔Ni-YSZ阳极支撑体内分布着大量直通孔道，孔径约为80 μm，采用浆料旋涂法在其上制备的Ni-YSZ阳极功能层厚度为130 μm。而采用一体化法制备的阳极支撑体，其孔道呈发散状分布，孔径在20~60 μm之间，阳极功能层厚度仅为24 μm，极大地降低了制备时间和成本。以H₂作为燃料，空气作为氧化剂，对直孔Ni-YSZ支撑型固体氧化物燃料电池和基于一体化法制备的单电池进行性能测试，800℃时的最大功率密度分别为258 mW·cm^-2和365 mW·cm^-2。

制备了Al—In—Mg—Sn—Ce五元铝合金阳极，通过极化曲线（Tafel）、电化学阻抗（EIS）、自腐蚀速率、放电性能等研究手段，研究了不同热处理工艺对铝合金阳极电化学性能及自腐蚀性能的影响；用电子探针显微分析仪对合金放电后的元素成分和表面微观形貌进行检测，并探讨了热处理工艺对铝阳极组织结构的影响。结果表明，退火处理对冷轧过的合金表面析出物的数量和大小有一定影响，提高了铝合金的电化学活性和耐蚀性。此外，在350℃保温6 h的退火条件下，Al—In—Mg—Sn—Ce合金阳极材料在实际使用过程中具有出色的放电性能，与其他退火温度条件相比，相关的性能参数得到了极大的改善。350℃保温6 h退火条件下的铝合金阳极在40 mA/cm²和100 mA/cm²电流密度放电时，能量密度最高，其能量密度分别为4837.64 Wh/kg和3283.62 Wh/kg。

采用短切碳纤维（CF）作为导电材料制备碱激发矿渣/粉煤灰复合导电砂浆，研究了碳纤维掺量、应力加载幅值和加载速率对碳纤维-碱激发导电砂浆导电性能、力学性能与自感知性能的影响。结果表明：碳纤维体积分数为0.2%时，碱激发导电砂浆达到渗流阈值，形成导电通路，且在不同加载速率和应力幅值作用下均表现出稳定的自感知性能和较高的灵敏度。当应力幅值为12.0 MPa、加载速率为2.0 kN/s时，自感知性能最优，应变灵敏度可达175.0，比碳纤维-水泥砂浆高1个数量级。