为深入学习贯彻习近平总书记关于科技创新和基础研究的重要论述，积极落实国家自然科学基金委员会深化改革实施方案，工程与材料科学部无机非金属材料学科聚焦原创类项目试点了一系列改革举措。本文深入分析了学科2019-2022年度“鼓励探索，突出原创”A类项目和2020-2022年度原创探索计划项目的受理、资助情况，创新改革举措及取得的初步成效。最后，结合学科特点和原创项目内涵，提出了进一步优化学科资助工作机制等持续激励原始创新的几点建议和思考。

碳矿化材料是由固碳胶凝材料通过与CO₂在常规环境下的碳化反应快速形成以碳酸钙为主要基体组成的复合材料，是实现工业烟气CO₂建材化利用的重要技术途径。本工作以γ-C₂S为固碳胶凝材料，研究了Fe掺杂、壳聚糖引入、养护制度设计3种复合增强措施对碳矿化材料力学性能与产物组成的影响规律。结果表明，不同的增强措施并非简单的叠加效应，也存在矛盾关系，其中，可以获得超高强度的组别有：Fe-γ-C₂S+壳聚糖引入的碳矿化材料在养护24 h后抗压强度达到200 MPa以上，壳聚糖引入组可以在延长养护时间后获得更高的强度上限，养护7 d后抗压强度可达约230 MPa。Fe-γ-C₂S组的碳酸钙晶型以方解石为主，而长期CO₂养护下的γ-C₂S组则为文石相组成。不同的产物组成也是影响强度增长的重要因素，由此提出超高强碳矿化材料的理想结构模型：壳聚糖存在于硅凝胶与碳酸钙之间，连接两相，方解石生长于内部，文石包裹于外部。方解石为碳矿化体养护早期提供强度，文石则在外侧占据了主要的孔隙空间，为后期养护过程中CO₂提供扩散通道。

地聚合物因其节能减排、性能优异而广受关注。本工作提出了地聚合物相调控的概念，并在矿渣基地聚合物体系中，使用煅烧层状双氢氧化物（CLDHs），研究其对微观结构和性能的影响。同步辐射高能XRD及PDF计算、TEM等表征结果揭示了CLDH的再水化反应，在微观结构上提高了晶胶比和凝胶的短程有序性。在宏观性能上，掺入CLDH的地聚合物力学性能和保水性得到提高，自收缩和干燥收缩显著降低。掺用CLDH作为改善地聚合物微观结构的一种技术方法，有助于解决地聚合物的性能缺陷问题，为制备高性能地聚合物提供了一个新思路。

为阐明粗骨料对3D打印混凝土由打印到长期收缩过程的影响，基于水泥浆体与骨料质量比（P/A）与粗骨料连续、间断级配进行了含粗骨料3D打印混凝土配合比设计，测试了其可建造性、基本力学性能与干燥收缩性能。结果表明：P/A值越低，含粗骨料3D打印混凝土最大可建造高度越高，力学与抗干燥收缩性能也可得提升；间断级配时，大粒径粗骨料比例过高将对可建造性与力学性能产生不良影响，而在减少混凝土干燥收缩上具有良好作用。进一步探究了含粗骨料3D打印混凝土在生产制造阶段减少碳排放的效用，并与3D打印砂浆、传统浇筑方法进行了对比。发现在3D打印混凝土技术中采用粗骨料可有效降低混凝土原材料生产阶段的碳排放，但仍需进一步降低水泥材料的使用量；3D打印混凝土技术在减碳方面的优势主要依赖于无模化施工与减少劳动力的特点，在生产阶段相比传统浇筑可减少36.5%的碳排放，否则将产生约2.6%的更多碳排放。

镁渣是冶炼镁过程中产生的固体废弃物，存在着活性低和体积稳定性差等问题。本研究以镁渣和纸浆纤维为原料，制备了一种固碳纤维板（CFB），并系统研究了蒸压养护、碳化养护以及碳化-蒸压养护对固碳纤维板性能的影响，以及碳化镁渣浆体和纸浆纤维之间的界面微结构。结果表明，只经过蒸压养护的CFB，其体积稳定性差，抗折强度仅为4.5 MPa；而碳化8h后CFB的抗折强度和CO₂吸收量分别达到17.3 MPa和14.4%。此外，通过碳化-蒸压养护后CFB的抗折强度可以进一步提高到20.2 MPa。微观结构和纳米压痕的结果表明，碳酸钙晶体（文石和方解石）与C-S-H一起填充了孔隙，增强了纸浆纤维与硬化浆体间的界面微观性能，这是CFB经过碳化-蒸压养护后具有较高抗折强度的主要原因。

推动硅酸盐材料制造过程的低碳排放对于实现碳达峰、碳中和总体战略目标意义重大。本工作以平板玻璃窑炉为基础，采用数值模拟方法开展氢能在玻璃窑炉中应用的基础研究。分析采用天然气/氢气混合燃料对玻璃窑炉燃烧空间温度场/速度场分布、燃烧生成烟气成分的影响，预测氢能在玻璃窑炉中应用的可行性。结果表明，采用天然气/氢气混合燃料为玻璃液熔化提供能量，可以保证玻璃窑炉温度制度稳定。采用天然气/氢气混合燃料供能，燃料燃烧速率加快，释放热量集中，掺氢体积比为20%及以上时，燃烧形成的火焰长度会明显缩短，而热烟气在窑炉内停留时间延长。对比基础窑炉，采用掺氢比例40%的燃料，窑炉总烟气排放质量减少了4.13%，CO₂排放质量减少了12.50%，烟气中NO_x浓度由1 093 mg·Nm^-3（干燥，8% O₂条件下）增加至1 282 mg·Nm^-3（干燥，8% O₂条件下）。为推动氢能在硅酸盐制造领域的应用还需开展燃烧系统设计、耐火材料侵蚀等方面研究，以解决氢能在大型窑炉中应用存在的问题。

石墨基锂离子电池负极有限的理论容量和较慢的充电速度已不能满足需求，开发更高容量且兼具快充能力的锂离子电池负极材料成为研究重点。利用蔗糖与浓硫酸脱水反应得到初始硬碳（R-HC），并在NH₃/Ar气氛中退火，得到了氮掺杂的多孔硬碳（N-HC）。N-HC具有丰富的超微孔结构（孔径< 0.75 nm）和较大的层间距（约为0.39 nm），使得锂离子在N-HC中的扩散系数能够达到9.0×10^-8 cm²·s^-1。在0.27 C和2.7 C（1 C=370 mA·g^-1）条件下，N-HC负极经过680和1 400次循环后容量分别为704.0 mA·h·g^-1和269.2 mA·h·g^-1。尽管其首次Coulomb效率还有待提高，N-HC负极已初步达到锂离子电池的快充性能要求。

热电材料是一种可实现热能和电能直接转换的功能材料。BaBi₂Se₄因其较低的热导率和良好的导电性成为具有潜力的热电材料。本文以BaBi₂Se₄为研究对象，系统研究了材料的物相组成及电、热输运性能。研究发现，所有样品呈现出n型半导体导电特征，Te固溶能有效减少材料中Bi₂Se₃杂质，降低材料的载流子浓度，优化材料电学输运性能。同时，由于复杂的晶体结构，样品在全温区具有较低的晶格热导率。本工作表明BaBi₂Se₄是具有潜力的热电材料。

H₂S杂质对固态胺吸附剂吸附CO₂性能的干扰机制还缺少全面研究。以Al₂O₃为载体负载聚乙烯亚胺（PEI）制备铝基固态胺吸附剂（PEI@Al₂O₃），系统探究了H₂S对其CO₂吸附容量、吸附速率和循环吸附性能的影响规律。结果表明：H₂S与CO₂共存时，会相互抢占吸附剂上的胺基活性位点，从而发生竞争性吸附，但在模拟沼气条件（40% CO₂+59.5% CH₄+0.5% H₂S）下，H₂S的吸附竞争力远小于CO₂，H₂S吸附被抑制，且二者的最佳吸附温度不一致，在CO₂最佳吸附温度下，PEI@Al₂O₃的CO₂吸附容量和循环稳定性均不受H₂S干扰。

高镍正极材料是一类综合性能优越的锂离子电池正极材料，它不仅可以达到比传统钴酸锂更高的能量密度，而且成本更低、更加环保，在动力电池市场具有巨大优势。为了进一步降低储能器件成本来适应与日俱增的能源需求，开发无钴高镍正极材料成为新的研究焦点。本文从镍酸锂正极的本征性质出发，论述去钴化的可行性与无钴高镍正极的重点挑战，总结目前学界已有的实现策略，最后对无钴高镍正极的发展方向作出展望。

近年来的能源危机和环境污染问题加速了储能领域的快速发展。一维纳米材料，尤其是纳米线材料所具有的高长径比特点使其具有独特的电子离子输运性质，在储能领域的应用中具有极大的潜能。本文以本课题组在纳米线储能材料与器件领域的研究成果为基础，结合国内外同行的前沿研究进展，从纳米线材料的结构设计与合成、纳米线材料在电池中的应用和纳米线微纳器件3个方面进行综述。最后，对于未来进一步探索和发展基于纳米线的电化学储能材料与器件的前景进行展望。

作为典型吸光层的三维金属卤化物钙钛矿材料具有较低的结合能、较长的载流子寿命及扩散长度、较高的缺陷容忍度等优异的光电性能，所制备的钙钛矿太阳能电池展现出了优异的光电转化效率。然而，对光、热、湿度等环境的敏感性限制了其实际应用。相比于三维钙钛矿，激子结合能较高、化学性质稳定的二维钙钛矿增强了器件的长期稳定性。与二维钙钛矿结合，三维/二维多维度钙钛矿电池在不损失效率的前提下获得了优越的稳定性。本文主要从二维钙钛矿的晶体结构及稳定性入手，重点阐述了三维/二维多维度钙钛矿的制备工艺及稳定性方面的研究进展，最后对三维/二维多维度钙钛矿太阳能电池效率及稳定性的进一步提升进行了总结与展望，旨在为钙钛矿光伏商业化提供指导。

全无机卤化双钙钛矿是一类具备优异光电特性和稳定性的环境友好型非铅材料。因其在太阳能电池、光电探测器和发光二极管中具有巨大的应用潜力，受到国内外研究人员的青睐。本综述主要围绕全无机卤化双钙钛矿的结构特点和光电特性展开研究，重点对全无机卤化双钙钛矿的制备方法和应用方向进行归纳。最后，进一步总结了全无机卤化双钙钛矿材料目前的科学瓶颈及解决方案，期望对全无机卤化双钙钛矿的材料性能提升和光电器件应用提供有价值的参考。

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高、制备成本低等优势，展现出了巨大的应用潜力。然而，钙钛矿电池要实现产业化应用，就必须进行放大，制备出高效稳定的钙钛矿光伏模组，而其中高质量钙钛矿吸光薄膜的放大制备尤为关键。印刷是最廉价、绿色的宏量制备技术之一，也是目前钙钛矿大面积制备所广泛采用的主要技术手段。本文综述了刮涂、狭缝涂布、喷墨打印等6种印刷技术的工作原理和特点，分析了各技术的影响因素和调控机理，并总结了相应的研究进展，旨在为未来钙钛矿大面积制备研究和应用提供参考。

钠金属负极由于其理论比容量高（1 165 mA·h·g^-1）、氧化还原电势低（-2.71 V vs.标准氢电极）和成本低，被认为是超越锂离子电池技术的理想候选材料。然而钠金属负极在实际应用中表现出钠枝晶生长和体积膨胀，导致其Coulomb效率低、循环寿命短等问题，这限制了其进一步发展。针对这些问题，研究者进行了大量工作，发现降低钠金属负极局部电流密度、增加钠成核位点、适当构建集流体孔隙缓解体积膨胀等手段，可以有效提高钠金属负极的循环稳定性。为此，本综述讨论了钠金属负极的主要问题；总结归纳了电沉积钠金属负极集流体的改性策略，包括三维集流体设计，掺杂、缺陷工程，晶种引入，缓冲层修饰；最后对高安全、高比能钠金属电池的未来发展提出展望。

金属锂被认为是高能量密度电池材料的“圣杯”，具有超高的理论容量和最低的氧化还原电位。但由于锂枝晶不可控生长、固体电解质界面膜（SEI膜）不稳定以及“死锂”累积等系列问题，限制了其商业化应用。氟化材料能有效稳定金属锂/电解液界面，均匀锂离子通量和抑制锂枝晶生长，是金属锂二次电池领域的研究重点。本文综述了近年来氟化无机材料在金属锂沉积骨架、人工SEI保护层、电解液添加剂以及固态电解质等方面的研究进展，阐述了氟化无机材料稳定金属锂负极循环的内在机理，并展望了其未来的发展前景。

随着国民经济的高速发展及能源消费的快速提升，能源匮乏和环境污染问题日益严重，人们越来越渴望使用环境友好而又可再生的能源。氢能是一种来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，可作为电能、热能的有益补充，形成多元互补融合的现代能源供应体系。但中国氢能技术起步较晚，氢电能量转化中的电解水制氢和氢燃料电池部分关键材料长期依赖进口，亟需完成国产化替代。无机非金属材料具有高化学/电化学稳定性、高强度、耐高温等特性。本文综述了其在氢电能量转化器件中催化剂及载体、离子交换膜、扩散层、双极板等领域的研究进展及亮点，指出了氢电能量转化材料发展中存在的问题，并对未来研究方向做出了展望。

针对光催化剂存在的光吸收效率不足、载流子易复合等关键问题，总结了本实验室从光吸收、载流子分离、表面反应、全天候光催化4个方面对光催化材料进行改性或开发新型光催化材料，探索了光催化材料在有机污染物降解、光催化产氢、产氧、尾气处理等方面的应用，基于能带理论对光催化活性的提升机理进行了解释，并对未来光催化材料的发展方向进行了展望。

碳基材料一直被认为是替代贵金属氧还原反应（ORR）催化剂的最有潜力的材料。其中，石墨炔作为一种新的碳同素异形体，由于同时具有sp和sp²杂化的碳原子以及单原子层厚度的二维平面结构，因此在具有碳基材料固有的导电性和稳定性的同时，石墨炔基材料表现出更高的本征电化学活性。本文综述了目前用于电化学氧还原催化的各种石墨炔基催化材料合成的最新进展和成果，并从其电子结构和催化活性等角度分析了石墨炔基碳材料在氧还原催化应用方面的优势。最后，对石墨炔基碳材料在电化学氧还原催化方面研究的前景和面临的挑战进行了概述，为实现高质量石墨炔基无机非金属氧还原催化剂的设计合成提供了新的思路。

二维材料粉体具有比表面积大、催化活性位点丰富、易于溶液加工、微结构可调等特性，在能源、电子器件、催化和环境等领域展现出巨大的应用前景。高品质二维材料粉体的低成本、批量化、微结构调控制备是发展其大规模应用的重要前提。本文总结了基于硅藻土模板法制备二维材料粉体（如石墨烯、石墨双炔、过渡金属氮化物、过渡金属硫属化合物粉体）的研究进展；介绍了所获得的二维材料粉体在能量存储器件、印刷电子学、电催化析氢、废水处理等领域的应用研究；最后讨论了基于硅藻土模板法的二维材料粉体制备研究中尚存的问题与挑战，以及二维材料粉体可能的应用方向。

固态胺吸附剂在CO₂捕集领域具有广阔应用前景，但其所用基体材料多为有序介孔材料，存在合成工艺复杂、成本昂贵、环境污染严重等问题，制约了固态胺吸附剂的工业化应用。近年来，固废源固态胺吸附剂因基体材料具有潜在的成本优势引起了国内外研究者的广泛关注。本文综述了近年来固废源基体材料在原料选取、基体材料合成和扩孔方面的研究进展，以及固废源固态胺的制备方式、用于CO₂捕集过程中吸附性能和循环稳定性的表现。最后，探讨了固废源固态胺吸附剂当前存在的挑战，并对其发展趋势进行了展望。

微胶囊作为一种新型材料，以其设计性强、在基体中易于分散、延长芯材的时效性、实现自修复的智能性等优势受到科研工作者和业界的广泛关注。详细介绍了自修复微胶囊的设计、制备，总结了微胶囊的化学、物理修复机制，重点探讨了自修复微胶囊的在混凝土中的应用研究进展，分析并指了微胶囊在囊芯囊壳制备、与水泥构效关系、修复效果评估等方面所面临的挑战和未来的发展方向。旨在为未来微胶囊在混凝土中的生产与应用提供一定的参考。

废弃混凝土的产生和大量堆积会造成土地资源浪费及环境污染。在建筑行业内部循环利用废弃混凝土不仅可以缓解自然资源短缺造成的建筑材料成本增加，同时也可以推动解决环境问题。本文以碳化资源化技术为切入点，对废弃混凝土不同粒径组分的研究和利用现状进行了综合评述，其中，主要包括再生粗细骨料的碳化强化和改性、再生微粉的直接碳化活化、再生微粉的高附加值碳化等方面的内在机理与实际应用。通过对现有研究的总结发现，废弃混凝土的碳化资源化不仅可以减少砂石骨料、石灰石和黏土材料等自然资源的消耗，同时可以直接化学固化CO₂，推动建材行业“双碳”目标按期实现。

石灰石煅烧黏土水泥（LC³）是一备受关注的新型、低碳胶凝材料体系，通过将煅烧黏土、石灰石粉与石膏复合并替代部分水泥熟料有效提高了胶凝材料的经济和生态效益。本工作分别从LC³体系水化、微观结构及性能、原材料生产及替代、应用前景及碳排放几个方面总结了该领域最新研究进展，并针对制约LC³体系在中国应用及发展的关键问题，如黏土质原材料地区性差异、去杂/煅烧工艺、可替代硅铝质原材料可用性等以及该领域研究中存在的不足，如水化热动力学模型的完善、LC³基水泥混凝土材料/结构长期性能研究等进行了讨论和展望。

与硅酸三钙相比，硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙等具有钙含量低、烧成温度低和CO₂排放量少的特点，属于低钙水泥熟料矿物。发展以低钙矿物为主要组成的水泥熟料是水泥低碳发展的重要方向。本文在分析硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙3种低钙矿物的活性、水化和性能发展的基础上，分别对以低钙矿物为主要矿物的硫铝酸盐水泥熟料、高贝利特硫铝酸盐水泥熟料的水化和性能发展，硅酸二钙-硫铝酸钙-硫硅酸钙水泥熟料的制备、水化和性能优化进行了综合评述。同时，鉴于石膏在低钙水泥熟料水化方面具有重要影响，综述了石膏在几种低钙水泥中的作用。文章以期为运用硫铝酸钙、硅酸二钙和硫硅酸钙等矿物制备低钙水泥熟料提供参考。

随着光电技术的迅猛发展，人们对作为信息传输“窗口”介质的透明材料提出了更高的要求。透明陶瓷由于具备优异的力学、热学、光学和电学性能，已经被广泛用作高压钠灯灯罩、导弹整流罩、装甲防护透明窗、激光增益介质和激光白光照明荧光转换体等。目前制备透明陶瓷的常规方法主要是高真空烧结、热压烧结、热等静压烧结以及放电等离子体烧结等。上述制备方法的工艺复杂、成本高，严重限制了透明陶瓷的实际应用。近年来，人们提出了一种通过在析晶温度进行热处理诱导母体玻璃完全晶化而制备透明陶瓷的方法，并因其具有快速、简单、低成本的特点而吸引了众多研究者的兴趣。本文系统总结了通过玻璃晶化制备透明陶瓷的研究进展及其应用展望。

动态调光玻璃可根据气候变更选择性地调控目标光谱波段的光通量，从而具备良好的光热管理能力，因此在建筑行业的节能转型中备受重视。其中，能够对可见光、近红外、长波红外等多波段进行独立调控的动态调光玻璃因高效的光谱利用率，更有利于发挥节能优势。本文围绕多波段调控节能玻璃，简要介绍了光谱调控对玻璃节能的作用，详细概述了现阶段实现多波段调控的主要手段，并基于研究现状提出产业化进程中面临的诸多挑战。同时结合近期报道的前沿技术，展望其未来发展趋势。

碱激发材料和矿物掺合料是2种重要的替代硅酸盐水泥的胶凝材料。由于这2种胶凝材料的原材料前驱体一般来自于工业固废，因此被认为是低碳环保的新型绿色胶凝材料。这2种胶凝材料的性能往往取决于其前驱体的溶解活性。本文首先从基础的矿物溶解动力学基本理论出发，综述了硅铝酸盐溶解的理论。其中，反应级数和活化能是表征材料溶解性能最重要的2个参数。此外，还综述了温度、碱度和机械研磨对粉煤灰和偏高岭土的溶解动力学的研究进展。