富锂正极材料因具有能量密度高、电压窗口大等优点受到关注，然而首次Coulombic效率低、循环性能差等缺点阻碍了其商业化应用。采用共沉淀法并通过不同摩尔比的氯离子（Cl^-）掺杂制备了Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O_2-xCl_x（x=0，0.025，0.050，0.100）富锂正极材料。通过X射线光电子能谱、原位X射线衍射和恒电流间歇滴定等技术系统研究了Cl^-掺杂对其电化学性能提升的调控机制。结果表明：Cl^-掺杂量为0.05时，该正极材料在0.2 C倍率下首次Coulombic效率由72.8%提升至81.5%，在1 C倍率下经200圈循环，容量保持率由57.9%提升至79.1%。材料优异的电化学性能归因于Cl^-掺杂能调控材料中O^2-的电化学行为，使其更多氧化为O^n-（n<2），抑制O₂的产生和逸出，减小结构的破坏。同时，由于Cl^-具有较大的离子半径，能扩大富锂材料的层间距，降低极化过电位，加快锂离子扩散速率，因此有效提升富锂正极材料的首次Coulombic效率和循环性能。

因硅具有高达4 200 mA·h/g的理论嵌锂容量，成为目前最具有发展前景的锂离子电池负极材料。但是，因硅材料在嵌脱锂过程中存在巨大的体积膨胀（≥300%），制约了其作为锂离子电池负极的商业化应用。通过采用静电纺丝技术和碳源前驱体包覆相结合的方法，经过碳化处理制备的C@Si/C硅基复合负极。使用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对材料的物相结构和微观形貌进行了表征，采用热重分析实验研究了聚乙烯吡咯烷酮包覆后所得材料质量随温度的变化情况，通过Raman测试考察了碳化后所得硅基负极材料的石墨化程度。对所制备的硅基负极材料进行了恒电流充放电、循环伏安及交流阻抗谱分析。结果表明：经碳包覆后的静电纺丝Si/C纤维相较于未包覆前，电化学性能有了明显提升。在0.1 A/g的电流密度下，首次放电容量可达到1 401.4 mA·h/g，首次Coulombic效率高达70.22%，经100圈循环后容量仍保持在582.6 mA·h/g，倍率测试结果表明，经过1.0 A/g的大电流密度测试后，在0.1 A/g的电流密度下，仍具有622.2 mA·h/g的可逆容量。

井下抽采煤层气的CH₄浓度低、具有爆炸风险，利用困难。为此提出了低浓度煤层气为燃料的固体氧化物燃料电池（SOFC）安全高效发电新方法，开展了可消除低浓度煤层气爆炸风险的变压吸附脱氧提浓实验和大尺寸SOFC单片电池堆实验，建立了SOFC多场耦合数值模型。结果表明：变压吸附可使CH₄体积分数提高1.36倍，脱氧率达84.5%，满足SOFC安全高效利用要求；低浓度煤层气燃料单电池功率密度达110.2 mW/cm²，但长期放电后阳极积碳，导致性能衰减；数值模拟表明降低放电电压、提高燃料O₂和CH₄体积比、减少阳极进气流速可减少积碳，但会降低发电性能。

为解决具有MFI拓扑结构的沸石类分子筛（TS-1）孔道适用性窄的问题，以原位晶化法合成核壳型介微孔复合分子筛xMCM-41@TS-1。结果表明：xMCM-41@S-1具有结晶完整的微孔核相和孔道规整的介孔壳层，可以有效提高反应传质效率、降低扩散阻力，促使活性钛中心的有效利用，同时介孔复合结构有利于缩短物质的扩散路径，使微孔中的积碳前驱体能及时扩散到表面。催化性能结果表明，xMCM-41-41@TS-1在丁二烯环氧化和环己烷氧化反应中的催化活性分别可以达到TS-1的3倍和2倍，且循环稳定性远高于TS-1。

为构筑高效纸型催化剂用于碳烟消除，如何设计不同活性基元并实现与基体纤维的协同效应非常重要。通过静电纺丝法制备了一系列La_1-xK_xMnO₃（x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5）纳米纤维催化剂，并以其为基元制备了纸型催化剂用于碳烟催化消除。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱以及程序升温还原等表征手段分析了纳米纤维催化剂中离子掺杂导致活性变化的原因，并进行了碳烟氧化性能评价。结果表明：所有的纳米纤维催化剂均呈现单一的钙钛矿结构，当x≥0.3时，样品中出现新相K₂Mn₄O₈。样品中活性氧的数量是由K⁺置换La³⁺和Mn³⁺→Mn⁴⁺ 2个方面因素造成的。A位离子的置换增加了体系中氧缺陷程度，但是高含量K的引入引发新相的形成，使得体系中Mn³⁺→Mn⁴⁺开始占据主导地位，氧空位数量逐渐增加。样品La_0.6K_0.4MnO₃具有最佳的催化活性，其T₅₀为347 ℃。将纳米纤维与莫来石纤维按1∶1比例制备的纸型催化剂活性最佳，T₅₀为478 ℃。

在催化领域，氧化锌纳米棒因其在径向上具有纳米粒子的小尺寸效应、纵向上具有体相材料的宏观特性，而受到越来越多的关注。采用改进的溶剂热法合成ZnO纳米棒，采用分步法加入Zn²⁺与NaOH。通过X射线衍射，扫描电子显微镜等方法对样品进行表征，探究了聚乙二醇（PEG）辅助ZnO纳米棒合成的作用机理以及NaOH的加入方式对ZnO纳米棒形貌控制规律的影响，研究了不同长/径的ZnO纳米棒的脱硫性能。结果表明：PEG的分子量对ZnO纳米棒的形貌有着显著影响，PEG分子量为20 000时，能够在温和的溶剂热条件下，控制合成出长度为3~4 µm，直径为250 nm左右的ZnO纳米棒，分步法加入NaOH优于一步法加入NaOH。将合成的ZnO纳米棒负载金属氧化镍制成脱硫剂，大长/径的棒状ZnO脱硫剂的脱硫率高达98.2%，同时具有良好的再生性能。

氮化硅陶瓷与金属的有效连接，对于充分利用二者优异性能、满足材料或构件在复杂环境下服役要求至关重要。利用粉末冶金、梯度复合技术实现了大物性差异氮化硅陶瓷（Si₃N₄）和金属钼（Mo）的梯度连接，研究和探明了不同烧结温度以及不同Si₃N₄添加量下各梯度层内Si₃N₄和Mo的反应机理。基于反应机理，结合浓度分布指数p对Si₃N₄/Mo_xSi_y/Mo梯度材料的过渡层结构进行优化，实现了Si₃N₄和Mo的梯度连接及力学性能的提升。结果表明：Si₃N₄和Mo主要通过Mo、Si之间的扩散反应形成钼硅化合物，反应过程为（Mo+Si）→（Mo₃Si/MoSi₂+Si）→（Mo₅Si₃）；当浓度分布指数p=1.5时，Si₃N₄/Mo_xSi_y/Mo梯度材料的弯曲强度达到最大值371.42 MPa，剪切强度达到最大值30.58 MPa，过渡层内各元素呈准连续梯度分布。

采用化学气相沉积法制备具有优异力学性能的含氢四面体非晶碳膜有望满足工业应用的要求。通过自主设计的等离子体增强化学气相沉积实验系统制备含氢四面体非晶碳膜，并对其微观结构与力学性能进行研究。随着偏压从-200 V增加到-500 V，薄膜硬度和弹性模量先增加后减少，最大达到34.0 GPa和282.0 GPa。压应力随着偏压的变化表现出相同的变化趋势。与传统等离子体增强化学气相沉积方法相比，自主设计的等离子体增强化学气相沉积系统制备的碳膜硬度和弹性模量明显提升，碳膜sp³含量（摩尔分数）超过62.3%，制备出的碳膜具有典型的含氢四面体非晶碳膜特征，而非含氢碳膜，主要是由于水冷射频双螺旋电极与平板电极结合增强了粒子的轰击和离化率，提高了薄膜sp³含量。这为在工业中应用制备高硬度和弹性模量的含氢四面体非晶碳膜提供了可能。

钼是动力堆乏燃料后处理产生的高放废液中主要的核素之一。MoO₃在铁磷酸盐玻璃中的溶解情况以及MoO₃含量变化对玻璃结构的影响是动力堆高放废液固化用铁磷酸盐玻璃配方研究的重点。在成分为60%P₂O₅-19%Fe₂O₃-8%Al₂O₃-13%Na₂O（摩尔分数)的基础玻璃中，加入1%~8%（摩尔分数）MoO₃，采用熔淬法制备一系列样品。X射线衍射、电子探针显微分析用于物相和显微形貌分析，Raman光谱、X射线光电子能谱和Mössbauer谱用于结构分析。MoO₃实际含量小于等于6.38%时，Mo可以完全溶入到玻璃结构中，不形成析晶和分相。MoO₃含量大于等于4%时，Mo离子以[MoO₆]结构存在并形成Mo—O—P键。Q¹和Q²单元是玻璃相中的主要结构，且Q¹单元的相对含量随着MoO₃含量增加。随着MoO₃含量增加，Fe³⁺相对含量略有减少，而Mo离子价态不变。

煤气化、液化等利用过程都需要对工艺气体中硫化氢进行高温脱硫，廉价、高效脱硫材料一直是本领域探索研究的热点。褐铁矿是难选难利用铁矿资源，未得到有效利用。选取叶山、新桥、筲箕涝不同成因类型的褐铁矿作为脱硫剂，考察了煅烧温度以及脱硫反应温度对硫化氢脱除性能的影响，并进行了脱硫循环再生实验。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等技术表征3种褐铁矿及其脱硫产物矿物学特征，探究褐铁矿脱除硫化氢的机理。结果表明：筲箕涝褐铁矿煅烧产物脱硫性能较优，7次再生后总脱硫容量达到1 525.7 mg/g，是一种具有稳定脱硫容量且可多次再生的脱硫剂。SJL-300与硫化氢反应物相演变途径为：在300~400 ℃区间反应产物为低结晶度黄铁矿和磁黄铁矿；500 ℃以上产物只有磁黄铁矿。

针对硫化镍闪速熔炼过程存在的渣中镍金属损失高等难题，从熔渣桥氧结构、FeO活度及Fe的变价机制等角度分析了Fe/SiO₂比（Fe元素和SiO₂的质量比，后文简称Fe/SiO₂比）对渣-锍分离效果的作用机理。结果表明：随着渣中Fe/SiO₂比由1.1增加到1.5，FeO活度增加，增多的Fe²⁺、Fe³⁺和O^2-促进了复杂硅酸盐离子基团离解，硅酸盐结构中只有一个桥氧的Q₁和包含2个桥氧的Q₂的百分含量分别由32.54%和50.25%降低到23.84%和38.81%，而不含桥氧的Q₀的含量由17.21%增加到37.33%，镍渣的主体结构逐渐由复杂硅酸盐结构转化为由Fe³⁺连接SiO₄^4-四面体的结构，Ni在锍和渣中的质量分配比在m（Fe）/m（SiO₂）=1.2达到最大，且远高于同等条件下Ni在锍与企业原渣中对比实验结果。

工业生产生活中产生的乙醛气体需要实时高效监测，利用水热法制备了WO₃纳米片和一系列Ti₃C₂T_x-WO₃复合材料。采用X射线衍射法、扫描电子显微镜、Fourier红外光谱、X射线能谱等对制备出的Ti₃C₂T_x-WO₃复合材料进行了结构和形貌表征。对Ti₃C₂T_x-WO₃复合材料进行了气敏性能研究，并且探究了碳化钛加入量对Ti₃C₂T_x-WO₃复合材料气敏性能的影响。结果表明：Ti₃C₂T_x的加入能够有效提高WO₃纳米片的气敏性能。当Ti₃C₂T_x的加入量在7%（质量分数）时，Ti₃C₂T_x-WO₃复合材料的最佳工作温度优化为80 ℃。7% Ti₃C₂T_x-WO₃材料在80 ℃时对100 μL/L的乙醛气体的灵敏度达到了32.9，最低检测限为0.1 μL/L。

针对触水混凝土结构补强加固中高延性水泥基复合材料（ECC）与既有混凝土结合面的抗溶蚀性，采用0.5 mol/L的硝酸溶液对含结合面的ECC-既有混凝土复合试件进行加速溶蚀实验，研究既有混凝土界面凿毛、湿饱和及涂刷界面剂3种处理方式对结合面黏结强度、溶蚀深度和钙溶蚀量3种评价指标的时变影响规律，并通过扫描电子显微镜对结合面抗溶蚀性提升效果进行微观机理分析。结果表明：3种界面处理方式均能有效提高结合面的初始黏结强度和抗溶蚀性，且对溶蚀过程的时变影响规律基本一致，可用溶蚀前的黏结强度评价结合面的抗溶蚀性；凿毛对提升结合面初始黏结强度最有效，而界面剂更有利于减缓溶蚀过程中界面处理提升效果的劣化速度；组合处理模式下各界面处理方式的单一提升效果明显优于其单独使用时，且组合的其它处理方式越多，优势越明显；环氧树脂界面剂的提升效果略优于水泥净浆界面剂。

为了揭示砂浆的水分传输机制，构建了细骨料-界面过渡区-水泥浆体的砂浆三相模型，采用部分反弹格子Boltzmann方法模拟了水分在砂浆内部的传输过程，研究了骨料体积分数、界面过渡区厚度及孔隙结构对砂浆水分渗透系数的影响。结果表明：当界面过渡区厚度较小、孔隙率较低时，砂浆的水分渗透系数随骨料含量的增大而降低且始终低于水泥浆体的水分渗透系数；当界面过渡区厚度增至150 μm或有效孔隙率超过水泥基体2倍时，砂浆的水分渗透系数会接近甚至超过水泥浆体的水分渗透系数。界面过渡区效应、骨料稀释作用以及迂曲传输路径的相互竞争是产生上述现象的根本原因。

硫硅酸钙水化活性的发挥对新型贝利特-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥力学性能的发展至关重要，为了探寻硫硅酸钙水化活性提升的适宜煅烧制度，采用分析纯试剂于不同煅烧制度下合成硫硅酸钙单矿物。利用扫描电子显微镜、X射线衍射结合Rietveld精修、²⁹Si固体核磁、综合热分析和等温量热仪等，研究了煅烧制度对硫硅酸钙微观结构、晶体结构、水化活性及力学性能的影响。结果表明：一次煅烧制得的硫硅酸钙晶粒形态不规则，尺寸普遍较大（约10 μm），而二次煅烧可减小硫硅酸钙晶粒尺寸（约5 μm），其形态规则，多数呈现为卵粒状。鼓风急冷可降低硫硅酸钙结晶度，提高其早期水化活性，促进其早期力学性能快速发展。一次煅烧、鼓风急冷制得的硫硅酸钙晶体结构发育程度最低，早期水化活性和发展强度最高。随炉冷却制得的硫硅酸钙结晶度较高，早期水化活性低，但中后期力学性能可快速发展。

随着新能源汽车的迅速发展，锂离子电池（LiBs）需求不断增加，大量废旧LiBs对环境造成污染，同时面临着锂资源供给不足的风险，回收废LiBs中稀有金属锂成为目前研究的热点。有效的电池回收不仅可以缓解资源短缺、实现资源利用，更重要的是可以减少环境污染，推动行业可持续发展。为实现废旧LiBs中锂金属的高效回收，通过优先提取及分步分离的方式回收锂工艺受到研究者的广泛关注。本文对废旧LiBs回收现状及方法进行了阐述，讨论了火法冶金、湿法冶金、生物冶金及电化学法在选择性回收锂工艺上的最新研究进展，详细分析了电极-电场驱动与膜-电渗析技术在选择性回收锂领域的技术优势，同时归纳了各回收工艺的优缺点，并结合经济效益和环境影响对锂回收所面临的问题进行了总结分析。最后，对LiBs回收利用面临的挑战和局限性进行总结，并对未来LiBs回收的发展趋势进行了展望，为研发更加节能环保高效的回收工艺提供参考。

超高温陶瓷材料耐温性能优异，但本征脆性和较差的抗热冲击性能一直都是限制其进一步工程应用的主要障碍。石墨烯作为一种碳原子排列成蜂窝结构的二维纳米材料，具有优异的力学、电学和热学性能，常被作为添加相来改性陶瓷基体，使其成为陶瓷复合材料中理想的增韧材料，实现复合材料的功能化和结构化。本文对石墨烯/超高温陶瓷基复合材料的制备工艺、仿生构筑、微观形貌、宏观性能等方面的研究成果进行了全面的综述，着重论述了石墨烯对超高温陶瓷基体的增韧作用效果及机理、热学性能、抗热震性能、抗氧化性能的影响，并对目前面临的挑战和未来发展进行展望。

针对口服给药体系如何保护药物分子免受人体内环境影响这一挑战，采用乳化凝胶法设计合成了一种pH值敏感性的海藻酸钠（SA）-蒙脱石（MMT）复合微球MMT/SA，用以负载抗癌药物盐酸阿霉素（DOX），在保护药物分子的同时克服了胃肠道的生物化学屏障。探索了MMT处理工艺和合成配比的不同对微球形貌的影响，最终控制微球尺寸在20 μm以内，且分布均一。复合载药微球DOX/MMT/SA的载药率为14.7%，在模拟人工胃液和人工肠液环境中表现出不同的药物缓释效果，在模拟人工肠液中的累计释放率（31.7%）明显高于在人工胃液中的释放率（15.8%），且对人结肠癌细胞有明显的杀伤效果。

天然辉钼矿具有低成本、高储存锂的优势，可直接用作锂离子电池负极材料。首先对辉钼矿进行膨胀处理，然后利用多巴胺进行表面改性，构建了膨胀辉钼矿/碳（EM/C）复合材料。膨胀法制备的蠕虫状膨胀辉钼矿（EM）具有较高的比表面积，有利于电解质的渗透和锂离子的扩散。无定形碳层有效地提高了其电导率，并为MoS₂循环过程中体积变大提供了缓冲空间。EM/C复合材料具有较长的循环寿命和高容量，在电流密度100 mA/g下，循环200圈容量仍可高达1 213 mA·h/g，即便在1 A/g的大电流密度下，仍有623 mA·h/g的可逆容量。以辉钼矿精粉为原料构建EM/C复合材料的策略，对实现锂离子电池优异的电化学性能具有一定指导意义。

纳米酶可以快速灵敏地检测生物标记物，有效防止疾病的爆发，但是纳米酶的催化活性低、对底物亲和力差，严重地制约了其检测性能。蒙脱石是一种具有典型的2∶1型层状结构的硅酸盐黏土矿物，利用其良好的吸附能力和阳离子交换能力，将Fe³⁺锚定在蒙脱石的表面与层间，制备具有类过氧化物酶性质的Fe掺杂蒙脱石纳米酶，可增强对H₂O₂的亲和力，通过比色法可实现对H₂O₂的检测。结果表明：在中性条件下，H₂O₂的检测线性范围和检测限分别为20~500 μmol/L和5.8 μmol/L。这种蒙脱石纳米酶在分析检测和疾病诊断领域具有良好的应用前景。

为获得抗菌性能优良的材料，选用江西广丰黑滑石作为基体材料制备了Ag-ZnO/Talc三元复合材料，并采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等分析手段对复合材料进行表征，以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为实验菌株采用平板计数法、抑菌圈法对复合材料抗菌性能进行试验。结果表明：黑滑石的片层状结构促进纳米颗粒分散，增大复合材料与细菌的接触面积；Ag-ZnO/Talc三元复合材料具有高的抗菌活性，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率可达到99%以上。

采用一步法，在剥离蒙脱石表面原位构建了Bi₂O₃/Bi₂SiO₅异质结，系统研究了其物相结构、微观形貌和光学特征。制备过程中，剥离蒙脱石除作为Bi₂O₃/Bi₂SiO₅异质结生长的骨架，还可以作为硅源得到Bi₂SiO₅。结果表明：与纯α-Bi₂O₃相比，在模拟太阳光的照射下，Bi₂O₃/Bi₂SiO₅异质结表现出对罗丹明B有优良降解性能，这主要是由于Bi₂O₃与Bi₂SiO₅之间形成的p-n结以及高的比表面积所引起的。此外，还提出了光催化反应机理。本工作提供了一种构建低成本污染物降解催化剂的新方法，拓展了蒙脱石的新应用。

高岭石插层是实现高岭石高值化的一个重要调控手段。从理论计算的角度研究高岭石插层过程的原子、分子尺度的微观机制，是目前黏土矿物改性的一个重要研究手段和发展趋势。针对高岭石无机小分子、有机小分子和有机大分子插层3个研究方向的理论计算研究进展，进行了总结和归纳，并对高岭石插层的理论计算未来发展方向进行了展望。

锂金属电池因能量密度高被认为是极具发展潜力的储能电池之一。然而锂金属负极上锂枝晶的生长会导致容量衰减甚至安全问题。为此，将凹凸棒石负载至纤维膜上应用于锂金属电池的负极保护，组装成对称电池及磷酸铁锂全电池进行电化学测试。结果表明：添加凹凸棒石的纤维膜可有效抑制锂枝晶的生长，其对称电池在沉积容量为1 mA·h/cm²、电流密度为2 mA/cm²下循环500 h时极化电压仅为83.2 mV，1 C倍率下加入凹凸棒石纤维膜的全电池循环1 000圈后放电比容量仍有84.92 mA·h/g。综上，凹凸棒石对锂枝晶有抑制作用，为锂金属电池负极保护提供了新思路。