在水泥基材料中加入水化硅酸钙晶种-聚羧酸减水剂（C-S-Hs-PCE）可以有效提高早期强度。C-S-Hs-PCE能够为水化产物C-S-H凝胶提供成核位点，促进C-S-H凝胶生成，从而加快水泥水化进程。酸醚比是梳型PCE的一个重要结构参数，对C-S-Hs-PCE的合成和早强作用的影响显著。通过动态光散射分析、总有机碳分析仪、X射线衍射分析、低场时域核磁共振分析仪、扫描电子显微镜、等温量热仪和抗压强度测试研究了酸醚比对C-S-Hs-PCE的粒径及其在水泥基材料中早期效果的影响。结果表明：高酸醚比的PCE形成的C-S-Hs-PCE具有更小的粒径，更有助于促进硅酸盐相水化和氢氧化钙、C-S-H凝胶的生成，从而加速浆体水化，降低砂浆的总孔隙率，提高砂浆的早期抗压强度，尤其是24 h龄期之内的强度。

为探究灌注式复合路面中水泥基灌浆料-沥青胶凝体系界面微尺度粘附行为的作用机制，根据实际界面形成过程设计了实验室界面成型工艺，采用拉拔试验探究了环境温度、水泥基灌浆料类型和沥青类型对水泥浆-沥青界面粘结特性的影响。利用扫描电子显微镜、能谱仪和Fourier红外光谱仪研究了水泥浆-沥青界面过渡区的微观形貌与结构特征，采用接触角分析仪评价了水泥基灌浆料与沥青的浸润能力，揭示了水泥浆-沥青界面粘附行为的作用机制。结果表明：水泥浆-沥青界面的粘结强度随温度升高而降低；硫铝酸盐水泥基灌浆料与沥青在25~35 ℃时的界面粘结强度为1.03~1.98 N/mm²，比硅酸盐水泥基灌浆料与沥青的界面粘结强度提高了10%以上，硫铝酸盐水泥与沥青的界面强度在60 ℃时为0.32~0.38 N/mm²，比硅酸盐水泥与沥青的界面粘结强度提高了80%以上；水泥基灌浆料对沥青有微乳化作用，促使更多自由沥青转变为结构沥青，提高了水泥浆-沥青界面的粘结强度；水泥与沥青界面的粘附力主要为硬化水泥浆与沥青之间的机械作用力，水泥浆-沥青界面的粘附失效实际上是结构沥青与自由沥青之间的破坏。明确水泥-沥青界面粘附行为的作用机制可以解决水泥-沥青复合材料界面粘附性问题，为减少灌注式复合路面开裂破坏奠定理论基础。

高比容量正极材料的研发对进一步提升锂离子电池的能量密度具有重要的意义。Li₃V₂O₅正极材料的实际比容量较高，可达240 mA·h/g以上，近年来引起了人们的广泛关注。然而，由于锂离子传输动力学不足以及不可逆相变共同导致Li₃V₂O₅具有充放电循环稳定性较差的问题，限制了其作为锂离子电池正极材料的应用。在前期研究基础上制备了Co³⁺掺杂Li₃V₂O₅纳米棒材料，一方面通过形成一维结构避免充放电循环过程中的应力累积，另一方面通过形成键能更强的Co—O键提高材料结构的稳定性。此外，Co³⁺掺杂还扩大了晶格间距并提高了V⁴⁺的比例，最终使Li₃V₂O₅正极材料的锂离子扩散系数和充放电循环稳定性获得显著改善。1%（摩尔分数）Co³⁺掺杂Li₃V₂O₅样品（1%Co-LVO）在50 mA/g电流密度下的首次放电比容量达256.43 mA·h/g，循环100圈后容量保持率达到77.3%，与未掺杂样品相比提升了28%。与文献相比，1%Co-LVO样品的容量衰减率具有显著的优势（0.23%/圈），为高能量密度锂离子电池正极材料Li₃V₂O₅的制备与性能调控提供了一定的参考。

基于一种创新的废旧锂离子电池回收再合成的绿色循环路线，以熔融LiCl-KCl作为熔盐介质，废旧锂电池正极材料热还原转型产物LiOH·H₂O与Co₂O₃为原料，通过熔盐法合成了锂离子电池正极材料钴酸锂LiCoO₂，进而制备纽扣电池用以资源的循环利用。主要研究钴酸锂合成的反应动力学及反应条件对产物钴酸锂LiCoO₂的材料结构、形貌结构的影响；通过电化学分析手段对钴酸锂LiCoO₂的电池性能进行测试表征。结果表明：运用Kissinger法计算合成过程中的3个吸热反应过程的活化能依次为34.212 00、168.539 25、221.261 81 kJ·mol^-1；在750 ℃焙烧6 h，产物LiCoO₂具有良好的六方晶格结构；在0.2 C倍率、测试电压范围在2.4~4.2 V的条件下对电池进行充放电及循环性能测试，得出在750 ℃焙烧6 h合成的LiCoO₂制备出的实验电池，其首次充放电比容量分别为150 mA·h/g和147 mA·h/g，Coulombic效率为98%，循环充放电50次之后的放电比容量仍有129 mA·h/g；经过倍率循环后电池仍有较好的充放电性能。

以商业纳米Si颗粒（60 nm）和天然鳞片石墨为原料，采用静电原位自组装和水热还原的方法，设计开发了具有三维笼状导电网络结构的硅/还原氧化石墨烯（Si/rGO）纳米复合材料，以该复合材料为锂离子电池负极材料，研究了Si/rGO纳米复合材料储锂性能及储能机理。结果表明：纳米Si颗粒均匀地分布在rGO三维笼状导电网络结构中，在锂离子嵌入/脱出过程中，该网络结构有效地抑制了纳米Si颗粒的体积膨胀，并且提供了更多的离子传输通道。在0.1 A/g电流密度下，Si/rGO纳米复合材料的首次放电比容量达到了1 246 mA·h/g，第5次循环Coulombic效率为98.2%，容量保持率达到95.5%，表明纳米复合材料具有较快的稳定性。200次循环后，可逆容量保持在852 mA·h/g，Coulombic效率稳定在99.9%，容量保持率达到68.4%。

水系锌离子电池由于其优异的安全性、地壳丰度、成本低廉及绿色环保等优势被认为是一种有前景的储能设备，但设计出一种高比容量、长循环寿命及优异倍率性能的水系锌离子电池正极材料依然面临诸多挑战。本文提出了一种重金属钨掺杂改性的V₂O₅纳米片球水系锌离子电池正极材料。钨掺杂提高了V₂O₅的晶面间距和离子迁移速率，且W—O键的形成明显改善了V₂O₅在循环过程中因结构破坏，较低的本征电导率等问题导致的容量衰减情况。W掺杂的V₂O₅在0.1 A/g电流密度下循环100圈后比容量为195 mA·h/g，在1 A/g大电流密度下循环1 000圈后比容量为243 mA·h/g。此工作为今后设计出高性能水系锌离子电池正极材料提供了一种简易、高效、可行的方案。

通过水热法首次合成了含有Zn、Co、Sn 3种金属元素的氢氧化物，后经强碱刻蚀、聚多巴胺包覆以及碳化和硒化成功制备出氮掺杂碳包覆ZnSe/CoSe/SnSe材料。该复合物用作钾离子电池负极时，多元金属硒化物内核表现出增强的电化学活性，且结构中的空腔缓解了循环时的体积效应；同时，导电包覆层外壳有效提升了材料电导率，并防止了钾化时活性物质粉化团聚。结果与原始材料相比，ZnSe/CoSe/SnSe@NC表现出更优异的储钾性能，其在1 A/g电流密度下经800次循环后，放电比容量仍高达193 mA·h/g。本工作对高性能钾离子电池负极材料的设计与构筑具有指导意义。

硒化物常被应用于钠离子电池负极材料，具有更高可逆容量和合适的工作电位，然而，循环过程中的体积变化较大，电导率较低，限制了其实际应用。通过简单的水热反应制备了FeSe₂/Ti₃C₂T_x复合材料作为钠离子电池负极材料。Fe²⁺首先与乙二胺四乙酸配位并形成螯合物，经过水热反应，Ti₃C₂T_x和Fe²⁺螯合物之间产生静电作用，合成了FeSe₂/Ti₃C₂T_x复合材料。FeSe₂/Ti₃C₂T_x呈开放式的“花瓣”结构，Ti₃C₂T_x为材料提供了强导电网络并且缓解了一定的体积膨胀。电化学测试表明：FeSe₂/Ti₃C₂T_x电极在0.5 A/g下经过150次循环后容量达到455 mA·h/g，相同电流密度下，FeSe₂电极循环100圈后的容量仅为335 mA·h/g，并且在随后的循环中容量迅速衰减，以上结果表明合理的结构设计使得FeSe₂/Ti₃C₂T_x电极具有优异的电化学储钠性能和循环稳定性。

作为储能材料，过渡金属磷化物在近年来受到了人们广泛关注。以水热合成的MoO₃纳米纤维为模板制备FeP空心纳米棒，系统表征其化学成分、结构形貌和制备过程，并研究其作为超级电容器电极材料的电化学性质。结果表明：FeP空心纳米棒内有空腔，外壁由纳米颗粒堆叠、聚集、粘连而成，厚度约为30 nm，形态完好，具有发达的多孔特性和高达277.4 m²/g的比表面积。得益于这些独特结构形貌和大比表面积，FeP空心纳米棒电极在三电极体系下的最大比电容可达243.6 F/g，且拥有优异的倍率性质和循环稳定性，在5 A/g高电流密度下经历反复充放电10 000次后的电容损失率仅13.8%。FeP空心纳米棒出众的电化学行为能媲美甚至优于许多已报道的铁基超级电容器电极材料的电化学表现，展现出了良好的储能优势。

超级电容器具有容量大、功率密度高、循环寿命长的优点，在新能源存储和电动汽车等领域具有广泛的应用前景，而电极材料是提高超级电容器性能的关键。以ZIF-67为模板，通过简便的低温水热反应法以及热处理硒化法，制备了NiCoMnSe电极材料，并通过往ZIF-67模板中添加碳纳米管（CNT）或者氧化石墨烯（GO）来达到最佳的电化学性能。结果表明：最佳的NiCoMnSe/CNT电极在1 A/g下的比电容为624.0 F/g，在10 A/g时的倍率性能为90.1%。15 A/g下循环1 000次的容量保持率为88%。这种优异的电容性能归功于CNT的存在在NiCoMnSe周围引入了额外的介孔，加强了电解质与活性材料之间的接触。由于超级电容器的非对称性，NiCoMnSe/CNT//活性炭器件在800 W/kg的功率密度下表现出较高的能量密度（43.3 W·h/kg），并具有良好的容量保持率（1 000次循环后保持91.4%）。

电动汽车等应用领域对锂离子电池能量密度的需求日益增长，LiNi_0.9Co_0.1O₂因其高比容量和价格适中等优势受到了广泛的关注，有潜力成为下一代锂离子电池正极材料。然而，锂镍混排、H2-H3相变引起的微裂纹和表面副反应等问题导致LiNi_0.9Co_0.1O₂的充放电循环稳定性较差。通过掺杂W⁶⁺对LiNi_0.9Co_0.1O₂的微结构进行了有效调控，并调节一次晶粒的表面能使其由无序堆积的不规则形状转变为径向有序排列的细长条状。该微结构特征可以抑制LiNi_0.9Co_0.1O₂的应力累积和微裂纹的形成，同时为Li⁺提供了丰富的扩散通道，有效提高了LiNi_0.9Co_0.1O₂正极材料的循环稳定性和倍率性能。当W⁶⁺掺杂量为1%（摩尔分数）时，LiNi_0.9Co_0.1O₂改性样品在0.1 C倍率下的放电比容量高达231.2 mA·h/g，在0.5 C倍率下放电比容量为213.3 mA·h/g，循环150次后容量保持率达93%。该微结构调控策略为提高LiNi_0.9Co_0.1O₂高镍正极材料的循环稳定性提供了一种思路。

以固态电解质构建的全固态锂离子电池具有极高的安全性及可靠性，是目前锂离子电池领域的研究热点，其中研发无机物-高分子复合固体电解质用于全固态锂离子电池具有重要意义。通过溶胶-凝胶法及球磨细化制备了纳米级Li₇La₃Zr₂O₁₂（LLZO）粉末，进而采用溶液浇注法制备出以LLZO为活性填料，聚氧化乙烯（PEO）和聚偏氟乙烯（PVDF）共混的固态复合聚合物电解质。通过场发射扫描电子显微镜以及X射线衍射仪对材料的形貌、物相及电化学性能表征表明：添加质量分数为10%LLZO的LLZO/PEO/PVDF固态复合聚合物电解质具有高离子电导率（8.93×10^-5 S/cm）以及稳定的电化学窗口（4.9 V）。添加LLZO之后的LiFePO₄/Li全固态电池的倍率性能以及循环性能均得到提高，在60 ℃高温下，容量恢复率为99.4%，0.2 C循环100圈后容量保持率为84.1%。

为了提升低温固体氧化物燃料电池阴极的电化学性能，设计制备了2种具有多功能层级骨架结构的La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ/Ce_0.9Gd_0.1O_2-δ（LSCF/GDC）阴极材料，研究了层级骨架阴极的显微结构和电化学性能。结果表明：GDC初级骨架其孔隙率高达80.5%，充分保证了LSCF或GDC次级骨架的构建、后续负载以及工作态下的氧气扩散。采用弛豫时间分布分析不同阴极的电化学阻抗谱，以LSCF纳米颗粒为次级骨架，具有连续电子导电通道，显著增加了反应活性位点，后续负载的GDC纳米颗粒协同促进了氧气的吸附/解离，其600 ℃条件下的总极化电阻仅为0.236 Ω·cm²，得到了制备工艺简单、氧还原反应活性强的层级骨架阴极，有望推动低温固体氧化物燃料电池的进一步发展。

双层钙钛矿结构氧化物具有优异的离子电子电导率，作为固体氧化物燃料电池（SOFC）阴极材料被广泛研究。以PrBaCo₂O_5+δ作为母体材料，采用Ca离子在Pr位和Ba位进行掺杂，采用溶胶凝胶法制备出了Pr_0.9Ca_0.1Ba_1-xCa_xCo₂O_5+δ（0≤x≤0.3，PCBC）阴极材料。电导率测试结果表明：Ca离子共掺杂能够有效改善材料的电导率。电化学性能测试结果表明：x=0.2的阴极具有最佳的氧催化活性，700 ℃时极化阻抗仅为0.069 Ω·cm²。在理论研究中，通过GGA-PBE泛函分别计算了PrBaCo₂O_5+δ、Pr_0.75Ca_0.25BaCo₂O_5+δ与Pr_0.75Ca_0.25Ba_0.75Ca_0.25Co₂O_5+δ的氧空位形成能、态密度及O s和O p的能带中心。研究发现，Pr位掺Ca能减小氧空位形成能，Ba位掺杂Ca反而会增大氧空位形成能。O p带中心的计算结果表明：Ba位掺Ca的策略有效增加了材料的氧还原活性。双钙钛矿A位钙离子的共掺杂策略能够有效改善样品的热膨胀、高温电导率和电化学性能，提高材料的长期稳定性。

层状硅酸盐矿物的风化蚀变研究对于了解地球表层化学循环、土壤的形成及环境变化等具有重要意义。本工作基于金云母在氧化环境下易转化形成金云母-蛭石或蛭石的特性，以新疆尉犁金云母为原料，通过改变硫酸溶液的氧化环境、pH值、溶液阳离子浓度等，调控金云母的蛭石化过程；利用X射线衍射、电感耦合等离子发射光谱、红外光谱、热重等分析手段，研究了硫酸溶液pH值、阳离子浓度等对金云母蛭石化过程中组分释出的规律，产物的物相、谱学特性和热学性能的影响。结果表明：在溶液中H₂O₂质量分数不变的情况下，随着溶液中Mg²⁺浓度的增加，金云母的蛭石化程度会逐渐增强，但转化效果有限，使用硫酸调节溶液pH值后，转化效果会进一步加强，这是由于酸性环境会提高双氧水的氧化能力，同时SO₄^2-浓度的增加，会生成更多的黄钾铁矾，从而加速金云母的蛭石化。

燃煤固体废弃物粉煤灰的提质利用对缓解煤基固废堆积污染有重大意义。对高铁粉煤灰进行CaO水合、添加造孔剂和粘结剂、NaClO氧化改性，获得多孔高铁粉煤灰吸附剂KIFA，既优化了孔隙结构，又促进了K₂FeO₄的生成。固定床评价结果显示：KIFA在700 ℃、5% O₂、500 mg/m³ SO₂的条件下具有最强的脱除SO₂性能，脱除效率维持在93%以上的穿透时间和硫容分别为111.8 min和93.58 mg/g，达到了超低排放标准35 mg/m³；KIFA脱硫前后表征结果揭示：K₂FeO₄是KIFA脱除SO₂的主要活性组分，Fe（VI）提供氧化位点，将SO₂氧化为SO₄^2-；NO会促进脱硫反应正向进行，NO可与SO₂、CaO生成中间产物NO₃SO₃Ca，进而转化为SO₄^2-，提升SO₂的脱除效率。

采用等离子喷涂-化学气相沉积法制备Bi₂O₃薄膜，并研究了沉积温度和热处理温度对于Bi₂O₃薄膜形貌和成分的影响。用场发射扫描电子显微镜、X射线衍射仪、高分辨率透射电子显微镜对该薄膜形貌和成分进行了表征，通过紫外-可见光漫反射光谱仪研究了不同热处理温度下α/β-Bi₂O₃禁带宽度的变化。结果表明：沉积温度和热处理温度影响Bi₂O₃薄膜的微观形貌，同时影响α和β两相的相比例，但沉积温度的影响显著大于热处理温度；随着热处理温度升高，β相转化为α相的比例越来越高，α-Bi₂O₃和β-Bi₂O₃的禁带宽度都有所增加；最后，通过对甲基橙和双酚A的降解证明了Bi₂O₃薄膜具有良好的光催化降解性能。

二氧化硅气凝胶复合材料在高温条件下使用时需要特别关注辐射传热对其隔热性能的影响。在100 ℃和900 ℃建立不同气体压力环境来调节气相传热因素以研究辐射传热对气凝胶复合材料热导率的影响。结果表明：在100 ℃弱的辐射传热条件下，气体压力由100 000 Pa降低到100 Pa，气凝胶复合材料热导率降低34%，而由于900 ℃强的辐射传热效应，当气体压力由100 000 Pa降低到100 Pa，气凝胶复合材料热导率仅降低3%。建立不同背面温度的传热模型以研究辐射传热对气凝胶复合材料背面温度的影响。结果显示，辐射传热条件由背面温度37 ℃增大到535 ℃，移除背面辐射传热载荷后材料模型背面温度的升高值由0 ℃增大为178 ℃，而移除对流传热载荷后材料模型背面温度的升高值由10 ℃增大为65 ℃。

冷烧结技术自引入以来已有多种陶瓷材料获得了成功制备，但作为重要结构陶瓷的氧化锆其冷烧结致密度仍然偏低。为了提高冷烧结氧化锆陶瓷的致密度，采用亚稳态的纳米晶氧化锆片状粉体进行了研究。首先利用氧化石墨烯为模板，以三（羟甲基）氨基甲烷为沉淀剂制备了含56%四方相的片状氧化锆。然后，从烧结助剂、温度、压力、液相掺量4个因素出发探索了对氧化锆致密度以及微观结构的影响。结果表明：在HCl作为烧结助剂、300 ℃、500 MPa、液相掺量为20%（质量分数）的冷烧结工艺条件下，实现了约70%的致密度，远高于目前冷烧结氧化锆致密度的报道值。致密度的提升主要得益于烧结中亚稳态氧化锆的相变以及助剂对片状粉体的颗粒重排和溶解-沉淀作用。此外，孔隙率的降低使得冷烧结氧化锆陶瓷的杨氏模量和抗弯强度分别达到了24 GPa和20 MPa。

高效、绿色、稳定、经济的新类别制绒分子及相应助剂配方是获得超低反射率陷光结构，提升单晶硅太阳能电池光电转换效率的关键内容之一。本工作提出多苯环骨架强化单晶硅表界面结合，磺酸基、羟基、烷氧基等官能团调控出绒点形成的思路，合理筛选并对比研究了2，6-萘二磺酸钠、2-羟基-7-萘磺酸钠，十二烷基二苯醚磺酸钠以及木质素磺酸钠的绒面催化效应，发现大分子尺寸、更为分散的苯环骨架排布、柔性分子结构、丰富的羟基、烷氧基等结构特征有利于芳香环磺酸盐在单晶硅表面形成连续、均匀、密集金字塔结构。基于制绒剂结构、浓度、时间、温度等反应参数的系统对比实验，筛选出木质素磺酸钠作为优良出绒试剂，可在0.000 6%~0.06%的低浓度条件下，获得15.84~26.94%的平均反射率。引入表面活性剂和绒面调节剂，通过系统正交实验，获得了“0.015%木质素磺酸钠+1.1%十二烷基苯磺酸钠+2.0%的2-羟基-β-环糊精”新型绿色、低浓度、高稳定制绒助剂配方，在NaOH浓度0.65%、反应温度75~85 ℃、制绒时间420 s的类产线条件下，获得基底尺寸1.7~1.9 μm、均匀、规则、密集的金字塔结构以及低至9.89%的绒面平均反射率。本项研究为基于芳香环磺酸盐开发绿色高效新型实用化单晶硅表面织构化添加剂提供了良好例证。

过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料，具有理论比容量高、化学稳定性好以及来源丰富等优点。然而，其固有的导电性差、利用率低以及循环稳定性差等缺点很大程度上阻碍了其实际应用。金属氧化物中的氧空位能够有效调节其电子性能，降低能带隙，显著提高其电导率，改善电化学倍率性能。此外，氧空位可以诱导金属的低氧化状态，促进表面氧化还原反应的进行，产生更多的活性位点，提高其电化学储存能力。本文总结了氧空位的制备方法和表征技术，并分别从单金属氧化物、双金属氧化物、杂原子掺杂金属氧化物的角度进行分类描述，综述了近年来具有氧空位的金属氧化物在超级电容器中的应用进展。

不可再生资源的损耗和环境问题的日益严峻引起了人们的广泛关注，针对这些问题，生物质能和太阳能等可再生资源的开发利用尤为重要。光催化技术在生物质的应用方面符合社会可持续发展的要求，本文综述了生物质改性光催化剂和生物质参与光催化重整反应的研究进展。重点介绍了生物质改性光催化材料参与光催化反应的作用机制，分析了生物质和生物质衍生基质在光催化重整反应体系中的效用，阐述了采取的制备方法、表征手段以及生物质与光催化反应体系的构效关系，并提出了目前生物质在光催化体系中的应用存在的一些问题及未来的发展方向。

结晶是材料生产和加工过程中非常重要的一步，也是自然环境中矿物生成的重要步骤。结晶演化过程中，最基本和最重要的步骤是成核。本文综述了近年来具有代表性的非经典成核路径，包括：旋节线分解、预成核团簇以及无定形前驱体等，论述了多种成核路径在同一体系共存的证据，探讨了将非经典成核纳入经典成核的理论体系建设，并展望了晶体成核未来的研究方向。本文为晶体成核提供了一个新视角——经典与非经典成核在同一体系共存，有助于对晶体成核理论提供更深入的认识。

石墨相氮化碳（g-C₃N₄）是一种典型的sp² π共轭体系聚合物半导体材料，具有多种独特的物理化学性质。但是，通过传统煅烧方式得到的g-C₃N₄存在比表面积小、暴露的活性位点少、在水溶液中分散性差等问题，限制了其实际应用。与块状g-C₃N₄相比，通过不同剥离工艺得到的g-C₃N₄纳米片具有比表面积高、载流子路径短、活性位点丰富、带隙大等优点，在能源、催化、传感等领域受到了广泛的关注。g-C₃N₄在剥离制备过程中存在纳米片团聚、能耗高、耗时长以及产量低等缺点。因此，有必要开发绿色且具有成本效益的g-C₃N₄纳米片制备方法。本文详细综述了自上而下的液相剥离、化学剥离和热剥离法的剥离机理，并对比了3种方法获得g-C₃N₄纳米片的结构、组成、片层厚度以及比表面积，同时介绍了其在光催化方面的应用进展，并对g-C₃N₄纳米片的进一步发展作出了展望。