钴酸锂因其高体积能量密度、优异的倍率容量和良好的循环性能，是3C类电子产品的主导正极材料，且目前实际应用的钴酸锂材料克容量约为理论容量的65%，还具有进一步开发的潜力。采用溶胶-凝胶法对正极材料LiCoO₂进行锂离子导体材料LiAlSiO₄包覆，研究了LiAlSiO₄及热处理温度对材料结构、形貌和电化学性能的影响。结果表明：热处理过程中Al³⁺可进入LiCoO₂晶格，形成固溶体LiCo_1-xAl_xO₂；LiAlSiO₄在钴酸锂颗粒表面形成惰性的包覆层，有效地改善了钴酸锂材料在高电压下的循环和倍率性能。当热处理温度为600 ℃时，LiAlSiO₄包覆的钴酸锂材料综合性能达到最优。该样品在2.75~4.55 V的电压范围内，0.5 C倍率下室温放电比容量为209.3 mA·h/g，50次循环后的放电比容量为201.6 mA·h/g（容量保留率96.3%），且在8 C倍率下依然能释放出160.0 mA·h/g的比容量。

纳米材料的形貌可以影响其电化学性能，设计形貌和尺寸可控、导电性良好的金属氧化物纳米结构是将其应用于电化学超级电容器等储能器件的一个挑战。采用共沉淀法制备了不同聚乙烯吡咯烷酮（PVP）添加量的NiMn₂O₄电极材料，研究了表面活性剂PVP的添加量（0、0.2、0.4、0.8 g）对NiMn₂O₄微观形貌及电容性能的影响。结果表明：随着PVP添加量的增加，所制备的NiMn₂O₄的微观形貌由团聚的颗粒状变为疏松的团絮状和细粉末状。当PVP添加量为0.4 g时，NiMn₂O₄的电容性能最佳，在电流密度为1 A/g时比电容为1 464 F/g。添加量为0.8 g时由于过量的PVP在清洗过程中容易造成残留，在电化学测试过程中，实际参与氧化还原反应的活性物质NiMn₂O₄的量相对减小，导致NiMn₂O₄-0.8的比电容降低，在电流密度为1 A/g时的比电容为1 010 F/g。

SnO₂作为锂离子电池负极材料，因其储量丰富、放电电位低（小于1.5 V）、理论容量高等优点而被广泛研究。然而，SnO₂的电导率差，且在锂离子脱嵌过程中会产生巨大的体积膨胀（300%），导致其倍率性能和循环稳定性差，限制了其实际应用。以SnCl₂、L-抗坏血酸和氧化石墨烯（GO）作为反应物，采用一步水热法制备了SnO₂@C/rGO纳米复合材料。由L-抗坏血酸缩聚成的无定形碳可作为间隔剂有效抑制石墨烯（rGO）片层间的堆积，且可作为胶合剂将SnO₂纳米颗粒锚定于rGO片层之上，有效提高了电极的循环稳定性。在电流密度为0.1 C（1 C=783 mA/g）时，180次循环后容量为731 mA·h/g，在5 C的大电流下可逆容量达410 mA·h/g。上述研究结果为高性能SnO₂负极材料的制备提供了新的科学途径。

因固体氧化物燃料电池（SOFC）各部件之间热膨胀系数不匹配，使电池在制备过程中存在较大的残余热应力，引入成分功能梯度层是一项能够有效缓解电池制备过程中残余热应力的技术。采用ANSYS软件开展电池中残余热应力和失效概率计算，研究了成分梯度分布因子n、梯度层子层数目w和梯度层厚度H对电池中应力和失效概率的影响。结果表明：功能梯度层能够明显降低电池中的应力和失效概率；分层数w超过2时，继续增加分层数对应力减小和失效概率降低无明显作用，分层数w=2是最佳分层数；当n较小时，随着梯度层厚度增加，阳极失效概率降低。最后对成分梯度电极的梯度设计进行了优化。

梯度阳极结构能够有效提高阳极支撑固体氧化物燃料电池（SOFC）的电性能，然而孔隙率的变化与阳极热机械性能与热应力分布密切相关，因此研究孔隙率对SOFC热应力和电性能的综合影响规律至关重要。基于COMSOL Multiphysics仿真平台建立了多物理场耦合作用下梯度孔隙阳极设计的SOFC热力学模型，考虑阳极材料力学性能与孔隙率的相关性，研究了具有梯度孔隙阳极结构的SOFC工作阶段电化学性能和热应力分布规律。结果表明：与通常孔隙率为0.4的均匀孔隙阳极设计SOFC相比，具有梯度孔隙阳极结构的SOFC在保持高电化学性能的同时显著改善了阳极电极-电解质-阴极电极结构的热机械匹配，其输出功率提升了3.5%，而电解质最大第1主应力下降了68.5%，极大减小了由热应力导致的失效概率。研究结果为优化SOFC阳极结构设计提供了理论与数据支持。

直接碳固体氧化物燃料电池（DC-SOFC）银基阳极具有高化学稳定性和抗硫抗积碳性能，然而受制于较差的催化性能，使得DC-SOFC的电化学性能一直无法让人满意。锶钴掺杂铁酸镧（LSCF）是一种催化性能佳，且兼具电子电导和离子电导的电极材料。通过LSCF修饰DC-SOFC的银基阳极（银-钆掺杂的氧化铈，Ag-GDC），显著提高了银基阳极的催化性能和相应的电池输出性能。在850 ℃，对应的DC-SOFC的最大功率密度由224 mW/cm²提高264 mW/cm²。相应的半电池阻抗谱、电极材料的微观形貌和晶型结构、与恒电流放电测试表明，在LSCF修饰后，Ag-GDC的极化阻抗由0.543 Ω·cm²降低至0.373 Ω·cm²，电极的微观形貌和晶型结构稳定，对应电池的燃料利用率由51.3%提升至57.9%。因此，LSCF修饰的Ag-GDC是一种性能良好且化学稳定的DC-SOFC理想阳极材料，有望推动DC-SOFC技术的进一步发展。

开发具有优异电化学活性的阴极材料对中温固体氧化物燃料电池（IT-SOFC）的应用至关重要。采用固相法制备无钴阴极材料Bi_1-xCa_xFeO_3-δ（BCFx，x=0.1、0.2和0.3），通过该体系材料的物相结构、电导率、氧传输特性以及电化学性能研究表明，950 ℃时可以合成具有单相钙钛矿结构的Bi_1-xCa_xFeO_3-δ（x=0.1、0.2和0.3）阴极粉体。BCFx阴极材料中，样品BCF0.2具有较高的电化学催化活性，750 ℃时，对称电池极化阻抗为0.06 Ω·cm²，Ni-（Y₂O₃）_0.08（ZrO₂）_0.92（Ni-8YSZ）阳极支撑单电池最大功率密度为730 mW/cm²。由电导弛豫结果得知，BCF0.2阴极良好的氧还原催化活性主要归因于其较高的氧扩散系数和表面交换系数。氧还原反应动力学研究表明，样品BCF0.2阴极氧还原反应的速率控制步骤为吸附氧的解离过程。

为解决硫化过程中Sn元素损失的问题以及减少MoS₂的厚度，采用磁控溅射技术，在基于钼的钠钙玻璃衬底上采用双周期溅射的方法，以ZnO/SnO₂/Cu的顺序制备了含氧的Cu-Zn-Sn预制层。结果表明：SnO₂以及ZnO的使用很好的抑制了Sn元素的损失以及MoS₂层的形成，而且在590 ℃的硫化温度下能制备出表面平整、晶粒致密、晶体结构较好的单相Cu₂ZnSnS₄（CZTS）吸收层薄膜。最后，制备出结构完整的CZTS薄膜太阳电池，在590 ℃硫化制备的CZTS薄膜太阳电池效率最高，其开路电压为590 mV，短路电流密度为22.09 mA/cm²，填充因子为39.28%，光电转换效率达到5.12%，为今后制备高效CZTS薄膜太阳电池起到了推动作用。

开发利用太阳能解决日益严重的环境危机迫在眉睫，为了提高对太阳光的利用率和光催化剂的性能，采用原位生长并结合表面静电吸附的方法制备三元复合材料，先利用水热合成MoS₂/RGO二元异质结复合材料，再根据材料等电点调变溶液pH值制造MoS₂与Fe₂O₃表面电荷同性、而与RGO表面电荷异性，进而构筑MoS₂/RGO/Fe₂O₃全固态Z-Scheme光催化剂。通过扫描电镜和透射电子显微镜观察发现，MoS₂纳米花球和Fe₂O₃纳米颗粒均匀分布在二维片层结构的电子介体RGO表面，MoS₂和Fe₂O₃分别与RGO形成稳定的异质结构，充分证明此种方式构建复杂三元复合材料的可行性。RGO基全固态Z-Scheme光催化剂在模拟太阳光照射下具有优异的光催化还原降解性能，以无机重金属Cr（VI）溶液作为降解指示剂，60min内全固态Z-Scheme光催化剂中活性最佳的为MR0.43F试样，其光还原降解效率是二元复合材料MoS₂/RGO的1.5倍。这种全固态Z-Scheme光催化剂兼具宽光谱吸收、高效光生载流子分离效率和表面化学反应效率，改性后的光催化性能得到显著提升，这一光催化设计路线为水环境处理及清洁能源制备提供了新方向。

将光催化活性与超疏水性相结合，一方面通过超疏水作用将污染物通过水珠滚动带走，另一方面通过光催化作用将有机污染物去除，有望具有更好的自清洁效果。通过溶液浸涂法在多孔铝表面涂覆三烷氧基端聚二甲基硅氧烷/二氧化钛（PDMS/TiO₂）涂层（APT）。红外光谱和X射线光电子能谱表明TiO₂和PDMS之间形成新的键（Ti—O—Si）。扫描电子显微镜和能谱分析结果表明：表面的片层错层结构和低表面能组分PDMS使APT具有超疏水性。APT静态水接触角为161.6°，滚动角小于10°。此外，该涂层在紫外持续照射24 h接触角仍然大于150°，说明APT具有稳定的超疏水性。同时，APT具有光催化活性，可降解和去除表面有机物染料小分子。

堇青石微晶玻璃具有低介电常数、低介电损耗、低热膨胀等优点，化学计量堇青石MgO-Al₂O₃-SiO₂（MAS）玻璃组成易表面析晶。采用熔融-整体析晶法制备了MAS微晶玻璃，研究了TiO₂添加量对MAS微晶玻璃析晶行为和性能的影响。随着TiO₂添加量的增加，玻璃化转变温度和第1析晶峰温度降低，说明TiO₂能够有效促进析晶。TiO₂进入玻璃网络结构中，促进玻璃中先形成μ-堇青石和钛酸镁铝相，在较高温度下转变为α-堇青石。当x（TiO₂）>5%（摩尔分数）时玻璃结晶机制为体析晶。当TiO₂含量增加到10%时，经800 ℃保温10 h+1 000 ℃保温5 h热处理的微晶玻璃具有高密度2.95 g/cm³，高硬度9.67 GPa，高热导率2.13 W/（m·K）。在频率为8.2~12.4 GHz，其介电常数为6.3~6.5，介电损耗在10^-2~10^-3内波动，在频率为1 MHz，介电常数为10.8，介电损耗为0.024 4。

Nb₂O₅有多种晶态，其形成长程有序结构的中间过程却不清楚。采用溶胶-凝胶法制备了Nb₂O₅前驱体，460~520 ℃煅烧得到非晶Nb₂O₅晶化中间态样品，研究了其晶体结构、形貌结构、孔结构和晶化动力学。结果表明：样品的原子有序化过程是从1.0 nm短程序的非晶态到1.0 nm短程序的少量晶体、非晶混合态，再到1.5 nm中程序的伪六方、非晶混合态，再到大于2.0 nm长程序的伪六方、正交、少量非晶混合态。煅烧温度大于495 ℃时，样品结晶度增长迅速，从20%增至86%。样品颗粒由大量片状和少量棒状结构交错堆积而成；从短程序到长程序转变阶段，主要是片状颗粒的生长过程，棒状颗粒没有明显变化。样品颗粒为介孔结构，随着煅烧温度的升高，逐渐以10 nm孔为主。样品Avrami指数n=1~2，主要形核方式是表面形核；且短程序向中程序转化阶段，存在晶化孕育期。以此，为Nb₂O₅晶化中间态的研究提供工作基础，从而开拓新的研究方向。

统计结构模拟法具有高效、准确等优点，可以帮助建立配方设计模型以适应不同类型高放废液的固化需求。以模拟高放废液硼硅酸盐玻璃固化体为例，以玻璃转变温度T_g、热膨胀系数α及Li、Na、B的元素浸出率为目标性质，研究了统计结构模拟法在核废料玻璃固化配方开发领域的应用。结果表明：利用样品的结构数据，可对硼硅酸盐玻璃固化体的T_g，α及化学稳定性进行较精确的模拟。模型验证结果显示，验证样品的预测值和实测值吻合较好，模拟意愿达0.94。统计结构模拟法可以辅助建立高放废液玻璃固化体配方数据库。

红外高反射薄膜是实现超低损耗光学器件、红外隐身等技术的关键基础材料。根据多层光学薄膜的传输矩阵原理，得到一维光子晶体的反射率和透射率表达式，分析推导了一维光子晶体的能带结构。利用传输矩阵原理，以Ge和SiO₂为介质材料设计了28层λ/4一维光子晶体结构。随后，利用有限元法计算其光子能带，使用折射率差值更大的PbSe和SiO₂，计算出光子晶体的第一、第二禁带分别为2.01×10¹³~4.11×10¹³Hz和8.13×10¹³~1.02×10¹⁴Hz。优化后的λ/4一维光子晶体结构层数低至14层，实现了3~5 μm和8~14 µm的高反射率。

碳泡沫复合材料因其特有的多孔结构，在隔热、储能、吸附等领域具有广阔的应用前景。为进一步改善其力学、隔热性能，本工作以锆改性酚醛树脂、酚醛空心微球为原料，SiO₂气凝胶为增强相，通过模压成型-碳化工艺制得SiO₂气凝胶改性碳泡沫复合材料。采用扫描电子显微镜、万能试验机、比表面积及孔径分布测试仪等研究了SiO₂气凝胶含量对碳泡沫复合材料的微观结构、压缩强度及抗氧化性能的影响；采用热常数仪研究了改性前后碳泡沫复合材料的热导率，分析其高温传热行为。结果表明：SiO₂气凝胶弥散分布在碳泡沫韧带和微球表面处，并未改变碳泡沫的泡孔结构；当SiO₂气凝胶的含量为2%（质量分数）时，压缩强度和比压缩强度达到最大值，分别为19.39 MPa和42.17 MPa·cm³/g，较改性前分别提高了106.7%和79.8%。引入适量SiO₂气凝胶，可阻碍热量传播路径，限制辐射传热；当其含量为5%时，碳泡沫复合材料的隔热性能与抗氧化性能最佳，800 ℃的热导率仅为0.447 W/（m·K），较改性前降低了38.9%；700 ℃等温氧化30 min，碳泡沫质量损失为18%。

提高疏水SiO₂气凝胶的热稳定性对拓展其保温隔热应用具有重大意义。为了避免空气氛围下热处理对疏水基团造成的热氧化分解，采用氩气氛围对疏水SiO₂气凝胶进行热处理，达到调控其热稳定性的目的。结果表明：经氩气氛围700 ℃热处理后，SiO₂气凝胶仍维持着良好疏水性，接触角约140°。在空气氛围下的差式扫描量热测试中，热流峰值达到584 ℃，与未热处理的疏水SiO₂气凝胶相比提高约300 ℃，热稳定性显著提高。这为提高疏水SiO₂气凝胶的热稳定性和安全性提供了新思路，奠定了疏水SiO₂气凝胶高温应用的新基础。

针对地质聚合物固化Se（VI）、Cr（VI）等含氧阴离子效率低的问题，研究了Ca、Mg、Fe（II）盐对地质聚合物固化Se（VI）、Cr（VI）的作用机制。结果表明：无添加剂作用的地质聚合物固化体Se或Cr浸出量可高达60%以上，CaO或Fe（II）盐对Se或Cr浸出有一定的抑制作用，但浸出量仍高达40%以上，效果均有限，而MgO作用下Se或Cr浸出量可降至10%以下。LCF分析结果显示Cr（VI）与Se（VI）在地质聚合物三维网状结构中均以静电力的结合方式存在。此外，MgO或CaO的水化过程可促使Fe（II）还原性的释放，约15%的Cr（VI）可被还原为Cr（III）；而针对Se（VI），Ca与Se（VI）可发生键合作用，Fe（II）并没有起到还原性的作用；MgO、CaO、Fe（II）盐对固化体中Se（VI）或Cr（VI）的浸出起着一定的协同效应。此外，MgO、CaO、Fe（II）盐作用的地质聚合物固化体强度均满足工业填埋最低要求。

骨架尺寸对气凝胶的吸附性能具有显著影响。通过改变十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的含量，在纯水中合成了骨架尺寸可控的甲基三甲氧基硅烷（MTMS）基SiO₂气凝胶（MSA）。结果表明：CTAB含量的变化对MSA的表面化学组成无显著影响，但MSA的骨架尺寸和孔径均随CTAB含量的增加而减小。当CTAB含量从0.01 g增加到0.03 g时，MSA平均骨架直径从2.39 μm减小到0.55 μm，且MSA对有机液体的吸附量下降。当CTAB含量为0.01 g时，MSA对醇类和烷烃类表现出良好的吸附性能，最大吸附量达10 g/g，泵吸附速率达到1.04 g/s，有机液体毛细上升速率可达2.1 mm/s。此外，MSA的高热稳定性（456 ℃）可确保实现热脱附。合成骨架尺寸可控MSA的方法为获取特异性吸附性能的气凝胶材料提供了新途径。

多金属矿山尾矿库渗滤液造成的地下水重金属污染严重，为有效利用矿物材料对地下水中重金属吸附，在对新疆尉犁蛭石进行定性、定量分析的基础上，通过静、动态吸附实验，研究了其对多金属硫化物尾矿渗滤液中常见的Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺的单独或共存状态下的吸附行为及吸附机理。研究表明：蛭石对Cu²⁺、Pb²⁺、Zn²⁺、Mn²⁺的吸附量分别为49.53、108.00、44.11 mg/g和32.47 mg/g，并且吸附符合Langmuir等温吸附模型，为单分子层吸附，吸附机理为层间离子交换、表面静电和表面络合共同作用。在动态吸附实验的条件下，蛭石填料在528 h达到平衡浓度，作用时间较长。完善了蛭石对多种重金属作用的基础性工作，并且蛭石在PRB技术中的长期运行，可为PRB矿物介质材料设计和优化提供重要指导。

六价铬（Cr（VI））因其高毒性受到人们广泛关注，为提高吸附法去除Cr（VI）的效率，合成了一种新型核壳结构的聚乙烯亚胺（PEI）功能化复合纳米颗粒（Fe₃O₄@SiO₂-NH₂），用于去除水中Cr（VI）。研究了磁性纳米颗粒的化学结构、形貌和磁性特性。考察了初始浓度、吸附时间、溶液pH值和无机阴离子对Cr（VI）吸附效率的影响。Fe₃O₄@SiO₂-NH₂在去除Cr（VI）方面表现出优异的性能，其最大吸附容量为251.83 mg/g。吸附过程具有pH值依赖性，自发性，吸热性。Fe₃O₄@SiO₂-NH₂质子化，通过静电吸引完成对Cr（VI）的吸附。同时X射线光电子能谱结果表明，部分Cr（VI）被还原为低毒的Cr（III）。Fe₃O₄@SiO₂-NH₂去除水中Cr（VI）时具有良好的重复使用性，且磁选时间仅需50 s。

通过合成较高骨架硅铝比的CHA型分子筛膜可实现提高膜层稳定性和分离性能。采用咪唑类离子液体合成出纯相的CHA型分子筛膜，离子液体不仅作为新型结构导向剂，还提高晶体骨架Si/Al比，同时离子液体回收使用3次后仍能合成出高结晶度CHA型晶体。在最佳合成条件下，通过含溴化1-丁基-3-甲基咪唑（[Bmim]Br）的合成溶胶中在莫来石管状支撑体上获得连续的CHA型分子筛膜层，该膜在75 ℃、3.5%（质量分数）氯化钠溶液中渗透水通量为6.3 kg/（m²·h），截留率高达100%。考察了操作温度和料液浓度对膜渗透汽化脱盐性能影响。当操作温度升高至90 ℃时，膜水通量急剧提高到10.3 kg/（m²·h），甚至在10%高浓度氯化钠溶液中以及在3.5%氯化钠溶液中连续测试3.5 d，膜均表现出优异的脱盐性能。

利用45°双弯曲磁过滤阴极真空电弧技术制备超薄四面体非晶碳膜，研究碳源入射角变化对超薄四面体非晶碳膜润湿性、表面能、粗糙度、表面形貌、摩擦系数和微观结构的影响以及它们之间的构效关系。结果表明：碳源入射角从0°增加到60°，薄膜与水的接触角由77.6°小幅增加到了82.4°，与甘油的接触角由64.7°小幅增加到71.2°，表现出亲水性。薄膜总的表面能由33.9 mJ/m²降低到28.0 mJ/m²，薄膜接触角的小幅增大归因于材料表面能的降低和表面粗糙度的增加。同时薄膜平均摩擦系数由0.140增加到0.217。碳的近边结构吸收谱表明，随着碳源入射角从0°增加到60°，薄膜sp³含量没有发生明显变化。

由于水化硅酸钙（C-S-H）凝胶干缩湿胀，水泥基材料在干燥与含水状态下的孔结构差异显著且受干燥制度的影响，干燥状态下测量所得孔结构特征及其演化规律的代表性和准确性存疑。为深入揭示孔结构随水灰比演化的基础规律，以典型白水泥砂浆为研究对象，利用低场磁共振和压汞法分别测试饱水和干燥时的孔结构特征，同时测量得到水分渗透率。结果表明：利用饱水时的离散孔径分布，基于平行毛细管束假设的经典Kozeny-Carman模型，可准确预测水分渗透率；水灰比对饱水砂浆孔结构和水分渗透率的影响规律基本一致。压汞测试所得孔径分布离散性较大，且难以反映水灰比影响规律，干燥状态下测试所得孔结构特征及据此建立的孔径分级方式具有明显局限性。由于孔结构全面影响硬化水泥基材料宏观性能，且低场磁共振技术能避免干燥预处理的显著影响，利用该技术实现饱水状态孔结构的测试分析对水泥基材料科学研究具有重要价值。

为揭示混掺纤维对应变硬化水泥基复合材料力学性能和变形行为的影响规律，研究了玄武岩-聚乙烯醇（PVA）纤维应变硬化水泥基复合材料的抗拉、抗压性能及压应变演化特征。设计了纤维掺量为材料体积分数的2%，玄武岩纤维和PVA纤维掺量比分别为3∶1、1∶1和1∶3，同时控制粉煤灰与水泥掺量的比值（FA/C）分别为1.2、1.5和2.0。对不同粉煤灰掺量的混掺纤维应变硬化水泥基复合材料进行直接拉伸和抗压实验，利用数字图像相关技术（DIC）对试样压缩过程中的水平、竖向应变演化及裂缝开展进行了分析。结果表明：混掺纤维试样的抗压强度要明显高于单掺纤维试样的抗压强度，表明混掺纤维能够有效改善材料的抗压强度；在FA/C（粉煤灰与水泥掺量的比值）为1.2和1.5时，最佳纤维类型为B0.5P1.5（玄武岩纤维体积分数0.5%，PVA纤维体积分数1.5%），FA/C为2.0时，最佳纤维类型为B1P1，即粉煤灰掺量不同，材料最佳纤维类型也不同，表明粉煤灰掺量影响最佳纤维类型；在混掺纤维试样中，玄武岩纤维主要起提高材料强度的作用，但其对材料的延性发展不利，而PVA纤维的掺入能够有效改善材料的延性，混掺纤维使材料的力学性能更加优越；同时DIC技术可以有效表征材料应变演化及裂缝形成和扩展过程，为研究受力过程中材料损伤和裂缝演化提供一种有效手段。

近年来，有关类水滑石拓扑转变材料在光、电催化领域如产氢、C1化学转化等方面的研究被广泛报道。研究表明，在不同的煅烧温度、气氛等拓扑转变条件下处理类水滑石，不仅可以提高活性位的分散程度，而且可以实现催化剂物相组成、特定晶面和界面结构的调控。该材料在多种能源催化转化利用中呈现出优越的性能。本文介绍了类水滑石拓扑转变的过程及机制，并分别从光催化、电催化2个方面综述类水滑石拓扑转变材料在能源催化领域的研究进展。

能源危机和环境污染是当今人类社会面临的全球性难题，减少二氧化碳（CO₂）和其他温室气体的排放，实现碳中和是当务之急。以“能量的提供-储存-消耗-再提供”为目标的“人工生态循环”系统可以通过消耗CO₂获取物质和能源并实现循环利用，有助于缓解上述问题。气凝胶材料具有超高孔隙率、超大比表面积和超低密度等特性，其连续三维网络结构不仅能够提供丰富的电荷转移通道，而且可以作为载体来掺杂或负载各种有机或无机活性材料以获得催化性能优异的复合材料，在“人工生态循环”系统，包括光化学、电化学、储能材料等领域具有广泛的应用前景。概述了气凝胶材料在人工生态循环中光化学、电化学、人工固氮、储氢、热电材料等方面的相关应用，并对气凝胶材料的发展前景进行了总结和展望。

太阳电池阵可以将光能转换为电能，是航天器能源系统的重要组成，而利于光伏效应制成的太阳电池是能源获取的重要载体。通过从硅电池到砷化镓电池、从单结到多结技术的应用发展，结合晶格失配、多结生长、倒装结构及薄膜化等半导体相关制备技术分析了各种空间太阳电池的现状及应用前景。根据其基板结构及型式，对体装式、刚性、半刚性、柔性及聚光太阳电池阵的特点及未来发展方向进行了叙述，为实现高效率、轻量化、高质量功率比的电池电路能源功能提供技术支持。

碳化钛迈科烯（Ti₃C₂MXene）是一种新型碳化物二维材料，具有手风琴的片层结构，受到拉伸或压缩会产生滑动或堆叠，使其内部导电路径和长度发生改变，直接影响输出电信号的变化。因此，Ti₃C₂ MXene可以作为传感材料，检测应力/应变。与弹性基底复合，该材料可以制备柔性传感器，检测人体的运动与健康信号。本综述阐述了Ti₃C₂ MXene作为应力/应变传感器的工作原理；归纳了近期Ti₃C₂MXene柔性传感器的制备方法并分为6类：静电纺丝法、过滤法/涂层法、浸渍法、丝网印刷法、冷冻干燥法、冷冻解冻法；对比讨论了这6种制备方法的关键指标：弹性基底、测量参数、最低测试极限、循环次数、测量范围、反应时间和应变灵敏度因数；列举了该传感器的常见应用场景。展望了Ti₃C₂ MXene柔性传感器良好的发展前景，总结了当前亟待解决的问题。