以地下煤气化合成气为燃料，研究了平管型固体氧化物燃料电池的直接内重整发电特性。结果显示以地下煤气化合成气（加拿大的Swan Hills煤矿区）模拟组分为燃气时，在750 ℃下电池的最大功率密度为361.9 mW·cm^-2，达到了相同状态下氢气燃料对应性能的91.6%。在该燃料气氛下，以300 mA·cm^-2连续稳定运行960 h，电池的欧姆阻抗、极化阻抗分别由0.108、0.485 Ω·cm²增大至0.190、0.494 Ω·cm²，对应增长率分别为0.085、0.009 Ω·cm²·kh^-1。Raman光谱及微观结构分析结果显示，电池性能的衰减主要是由燃料孔道表面的积碳、活性阳极层的镍颗粒团聚及镍含量损耗所致，通过增加合成气中CO₂的含量可一定程度上抑制积碳，提高电池运行稳定性。

为获得高性能ReBaMn₂O_5+δ对称电极材料，本工作通过第一性原理计算分析了不同稀土元素（La, Pr, Nd, Sm, Gd, Y）对材料结构和性能的影响。计算结果表明LaBaMn₂O_5+δ不易形成层状钙钛矿结构，GdBaMn₂O_5+δ的结合能最高，对应结构稳定性最好，而NdBaMn₂O_5+δ则具有较小的Mn 3d和O 2p轨道之间的能量差、以及较低的O 2p轨道中心与Fermi面的能量差，对应材料较高的电导率和优异的催化活性。选用La，Nd和Gd作为A位元素进行实验研究。结果表明，LaBaMn₂O_5+δ难以形成单相钙钛矿，但成功合成了具有层状结构的NdBaMn₂O_5+δ和GdBaMn₂O_5+δ，其在氧化和还原气氛下均保持良好的结构稳定性。相比于GdBaMn₂O_5+δ，NdBaMn₂O_5+δ在空气和5%（体积分数）H₂/Ar中均具有较高的电导率。且NdBaMn₂O_5+δ电极在空气和氢气气氛下的极化阻抗均小于GdBaMn₂O_5+δ，表现出更强的催化活性。以NdBaMn₂O_5+δ为对称电极，300 μm的La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O_3-δ为电解质制备的对称全电池，在850 ℃下最大功率密度达到335 mW·cm^-2。

实现阴极结构的纳米化以提升电极三相界面长度，是提升固体氧化物燃料电池（SOFC）性能的有效途径。基于火焰喷雾热解法和喷雾干燥法，分别一步法合成纳米级和亚微米级的La_0.6Sr_0.4CoO_3-δ-Ce_0.8Gd_0.2O_2-δ复相材料。将2种粒径范围材料按照不同质量比混合，制成氧化钇部分稳定氧化锆电解质支撑的固体氧化物燃料电池的阴极，并系统分析电池性能与结构特征。结果表明，喷雾干燥合成材料与火焰喷雾热解合成材料的质量比为70∶30时，SOFC电化学性能最优，850 ℃时最大功率密度为0.47 W/cm²，面电阻为0.62 Ω·cm²，相应的欧姆阻抗和极化阻抗为0.36 Ω·cm²和0.26 Ω·cm²。实验证明，混合不同粒径颗粒制成的SOFC阴极，可有效构建电子-离子导通网络，并形成更多的三相界面和反应活性位点，从而获得较好的电化学性能。本研究为固体氧化物燃料电池阴极材料微观结构和性能优化提供了新的思路。

双组分异质结是提升光解水析氢性能的一种有效方法。本研究采用水热/水浴两步法成功构筑S型CoWO₄（CWO）/ZnIn₂S₄（ZIS）异质结光催化材料，一系列先进表征技术证实CWO与ZIS形成了紧密的界面接触和完美的异质界面；光解水析氢测试结果显示，添加CWO提高了ZIS可见光裂解水析氢活性，其中CWO/3%ZIS样品析氢速率达到4 296.8 μmol·g^-1·h^-1，是纯相ZIS（2 178.2 μmol·g^-1·h^-1）的2倍；能带结构和光电子动力学分析证实CWO/ZIS复合体系成功构建了S型异质结光生载流子输运路径，从而显著提升了光生电子/空穴对的分离效率和光生电荷传输速率，抑制了光生电子/空穴对的复合，最终导致CWO/ZIS复合体系高效地光解水产氢性能。

La_1-xSr_xCr_0.5Mn_0.5O₃（LSCM）是一种因具有优良综合性能而受到广泛关注的固体氧化物电池（SOC）钙钛矿型燃料电极材料，但其在SOC工况下受Sr含量、温度、气氛等因素影响时的结构稳定性方面仍缺乏系统深入的研究。采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了不同Sr含量的LSCM粉体，对各样品在不同温度下还原处理后的晶体结构和晶型转变情况进行了XRD表征，发现经过还原热处理LSCM会发生菱方相和正交相之间的转变。详细探讨了LSCM的晶体结构随Sr含量和还原热处理温度变化的规律，并结合Fourier红外光谱和X射线光电子能谱表征以及第一性原理计算，从元素价态、金属—氧化学键强度、晶体结合能以及Jahn-Teller畸变等角度出发分析了Sr掺杂对体系结构稳定性的影响，阐明了与Sr含量及还原热处理温度相关的LSCM晶型转变机制。

绿氢需求的快速增长对制氢电解槽提出了低成本、高电密以及适应低/变负载运行和快速/频繁启停的要求。碱性水电解制氢是当前低成本电解制氢的首选方法，但其电流密度低且设备庞大，难以适应可再生能源的电力波动性。碱性水电解的进一步发展面临着关键材料性能提升、电解槽优化设计和运行调控等方面的技术挑战。本文在介绍碱性水电解基本原理的基础上，梳理了限制碱性电解槽电流密度和负载运行范围的关键材料的研究进展。针对电解槽运行控制，阐述了反向电流对电极材料的影响与缓解策略，最后展望了碱性水电解制氢技术发展前景与挑战。

氢气被认为是一种清洁的能源载体。作为应对全球能源挑战的潜在解决方案，各类可再生能源制氢工艺已受到广泛关注。质子交换膜（PEM）电解水技术具有启动和功率调节迅速的优点，是目前唯一可以耦合可再生能源发电制备高纯度氢气的技术。催化剂是PEM电解水反应的关键材料，尤其是阳极侧的析氧催化剂。本文首先回顾了4类主流的电解水制氢技术，随后概述了铱基和钌基电催化剂在酸性析氧反应中的最新研究进展，特别强调了对活性/稳定性增强策略的讨论。最后，总结了该领域存在的问题和所面临的挑战，并对未来的研究方向做出了展望。

Ti-Mn系储氢合金在常温下能快速可逆吸放超过1.8%（质量分数）的氢气，且具有良好的循环稳定性和较低的成本，成为最具前景的储氢合金之一，但其较高的平台压不利于大规模应用。本文综述了近年来Ti-Mn系储氢合金的研究进展，总结了取代元素的半径对Ti-Mn系储氢合金晶体结构的影响，讨论了氧含量、元素取代和制备工艺对材料储氢性能的影响，阐述了微观缺陷-循环稳定性的关联机制，并对Ti-Mn系储氢合金在储氢罐领域的突破性应用进行了综述。最后提出未来的研究重点将集中于工艺改进和机理分析。

作为一种可将电能转化为化学能的装置，固体氧化物电解池（SOEC）具备能量转化效率高、可逆操作能力以及绿色环保等特点。基于SOEC技术有望实现大规模绿氢制备，为国家“氢能”战略和“双碳”目标提供强大助力。氢电极是SOEC的最重要组成部分之一，其材料性能将直接决定电池电解制氢能力。本文总结了目前已有的SOEC氢电极材料体系，从氢电极反应机理、材料要求、电极材料物理-化学特性、电化学性能以及材料衰减等方面进行了系统性的论述。最后对SOEC氢电极材料的优化发展进行了分析和展望。

管式固体氧化物燃料电池（SOFC）的结构特征决定了其高温密封难度低于板式结构，特殊的管式SOFC结构设计可以完全解决高温密封难题，尤其是在一个管上进行多个单电池串联集成设计的管式SOFC结构，其一个电池管相当于一个小型电堆，具有独特的高电压小电流的输出特征，可显著降低管式电池的欧姆极化损失。管式SOFC的密封难度降低使得管式电池组堆相对容易，且电堆运行中的热应力约束较小，有助于电堆长期稳定运行。与板式电池相比，其体积功率密度和输出电流密度在同等条件下相对较低。本文综述了国内外管式SOFC的典型结构设计，通过管式SOFC的几何结构与电池支撑体的材料类型进行了分类，包括按电池支撑材料分类的阳极支撑型、阴极支撑型、陶瓷管支撑型、金属/金属陶瓷支撑型，按照管式SOFC的几何形状分类的圆管多节、扁管多节，单节圆管及单节扁管结构。同时综述了管式SOFC的常用材料及常用制备方法，最后对管式SOFC的发展进行了展望。

质子陶瓷燃料电池（PCFCs）以质子作为载流子，具有独特的导电机制，能够在中低温度（400~700 ℃）下高效地将燃料中的化学能转化为电能，是一种极具发展前景的发电装置。然而，由于氧还原反应动力学迟缓，导致极化电阻占整个电池电阻的比重较大，因此，发展高活性、稳定型阴极材料或结构，对提高PCFCs性能有着重要作用，这也是当前的研究热点。通常情况下，这些阴极材料应同时具有足够高的导电率、结构稳定性、电催化活性等。本文对近年来PCFCs领域研究较多的单钙钛矿、双钙钛矿、Ruddlesden-Popper钙钛矿、尖晶石等阴极材料做了总结，并对PCFCs阴极材料在运行过程中存在的问题进行分析，包括提高阴极材料的质子传输特性和优化电解质/电极界面等，最后强调了未来PCFCs高性能阴极的可能的发展方向，为PCFCs的阴极材料设计提供了有益的参考。

铁电陶瓷在电场下产生应变性能，是制备致动器的关键元件。多相共存结构的铁电陶瓷产生大应变，除了组成，混合料煅烧条件影响相结构和应变性能。采用传统固相烧结法制备0.97KNNS-0.03BNKZ（0.97（K_0.48Na_0.52）（Nb_0.97Sb_0.03）O₃-0.03Bi_0.5（K_0.48Na_0.52）_0.5ZrO₃）铁电陶瓷，研究混合料煅烧温度在600~950 ℃范围内对陶瓷的直径收缩率、微观形貌、晶体结构、介电性能、铁电性能和应变性能的影响。结果表明，随混合料煅烧温度的增加，陶瓷直径收缩率先增加至8.5%然后减小；陶瓷平均晶粒尺寸先减小后增加至0.48 μm；所有陶瓷晶体具有畸变的正交结构；Curie温度从280 ℃增加到320 ℃，相应地最大介电常数从4 520增加到7 769；最大极化强度先减小后增加，最高达到35 μC/cm²。煅烧温度为950 ℃时，陶瓷在40 kV/cm电场下其双极应变达到0.3%，原因在于铁电畴易翻转；其它煅烧温度制备的陶瓷其应变性能在0.25%左右，区别不大。

聚合物衍生SiBCN陶瓷具有良好的分子结构可设计性与高温抗氧化性，是一种极具发展前景的高温电磁波吸收材料。本工作通过向聚硼硅氮烷（PBSZ）中添加锆，制备出了具有多种电介质晶体和非均匀相界面的SiZrBCN复合陶瓷。结果表明，当热处理温度为1 600 ℃时，陶瓷内部原位生成大量Zr₂CN、SiC、Si₃N₄和石墨碳等晶体。电介质中偶极子转向极化与界面极化协同作用增强了材料对电磁波的吸收能力，使Zr添加量为5%（质量分数）的SiZrBCN陶瓷具有最优异的电磁波吸收性能，当厚度为2.5 mm时陶瓷的最小反射损耗在7.8 GHz达到-21.8 dB。本工作为调控SiZrBCN陶瓷显微结构并增强其电磁波吸收性能提供了新的途径。

采用基于螺杆挤出的熔融沉积成型方法结合两步脱脂工艺增材制造了PZT压电陶瓷，研究了固相含量对耗材流变性质、密度和收缩率的影响，以87%（质量分数）耗材为主，观察了显微形貌并测试了电学性能。结果表明，制备的高固相低黏度打印混合料呈现典型的剪切变稀流变学性质，具有优异的打印性能，成功打印了壁厚1 mm的环形阵列、阵元间距为0.25 mm的矩形阵列和30°倾角的环形薄壁生坯样品，且PZT陶瓷样品层间结合良好，成功制备了无支撑球壳结构的PZT陶瓷样品。随着固相含量的增加，PZT陶瓷的密度随之升高，固相含量为87%时，PZT陶瓷的密度为7.82 g/cm³，压电常数d₃₃达到316 pC/N，为制备复杂结构的PZT压电陶瓷提供了新的思路。

开发兼具高压电系数（d₃₃）和高退极化温度（T_d）的钙钛矿陶瓷是构建先进高温压电器件的关键。本工作将小容差因子、强铁电活性离子的Bi（Zn_2/3Nb_1/3）O₃（BZN）基元引入至具有高温应用潜力的BiScO₃-PbTiO₃（BS-PT）高温钙钛矿压电体中，制备并研究了（0.995-x）BS-xPT-0.005BZN三元系高温压电陶瓷的微结构与压电性能。结果表明，所有陶瓷均具有三方相和四方相共存的特征且结构致密；x=0.62组成位于准同型相界，综合高温性能最佳：T_d高达409 ℃并兼具优异的高温d₃₃（709 pC·N^-1）。研究表明，BS-xPT-BZN有望用于制作在恶劣高温环境下服役的压电器件。

电磁波强衰减材料是解决电磁污染、保护人类身体健康和提高电子设备兼容性的重要途径。本工作研究了Sm掺杂对SiBCN复合陶瓷的显微结构和介电性能的影响，并分析了电磁波的衰减机制。结果表明，Sm促进了SiBCN陶瓷中SiC、SiCN等电介质晶体的生成，这些电介质提高了陶瓷对微波的衰减性能。当陶瓷厚度为2 mm时，最低反射损耗在17.36 GHz处达到了-40.00 dB，有效吸收带宽为5.12 GHz。本工作为制备具有强电磁波损耗的聚合物陶瓷提供了新策略。

为阐明碳化硅复合材料（SiC_f/SiC）航空发动机燃气环境中被H₂O和O₂的腐蚀机理，本工作研究了SiC_f/SiC复合材料在水热（无氧）和水氧耦合环境的腐蚀行为。结果表明，SiC_f/SiC复合材料连通孔隙是腐蚀介质/产物的进出通道；在200 ℃无氧水热环境中，SiC被水腐蚀是一个体积膨胀过程，形成乳白色产物H₂SiO₃；在1 300 ℃水氧耦合腐蚀环境中，SiC_f/SiC复合材料的纤维与界面层被腐蚀，结构变疏松，腐蚀中间产物为H₂SiO₃，最终产物为方石英SiO₂。

高熵碳酸盐固溶体因其鲜艳的色彩可被应用于颜料领域，同时其较高的近红外反射率也有用作隔热材料的潜能。本实验采用水热法，通过改变单一组元Cu、Fe和Mn，保持其他4组元为MgCoNiZn不变，制备出3种五元等摩尔高熵碳酸盐固溶体。利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计、CIE 1976 L*a*b*色度坐标、Kubelka-Munk函数分析等对所合成的陶瓷粉体的晶体结构、颜色性能、反射性能等进行表征。结果表明，3种五元素组合均形成了单相高熵碳酸盐，且随着Cu²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺半径逐渐增大，晶格常数相应增大。通过组元的改变可以调节高熵碳酸盐的颜色，第5组元为Fe²⁺时呈橙红色，Cu²⁺时呈灰绿色，Mn²⁺时呈浅紫色，相应的禁带宽度值也逐渐增大，吸收边缘相应的发生蓝移。此外还测得3种样品在780~2 500 nm波段具有不同的近红外反射率，最高可达78.64%，有望在高反射隔热材料领域进行应用开发。

以聚苯乙烯（PS）为模板、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为表面改性剂、正硅酸四乙酯（TEOS）为硅源，采用硬模板包裹法结合乙酸乙酯浸蚀的工艺，制备了微米级SiO₂中空微球，并进行垂直沉积自组装成微米级SiO₂中空微球光子晶体，研究了TEOS含量、浸蚀条件对中空微球形貌的影响，以及垂直沉积自组装溶液浓度对微米级SiO₂中空微球光子晶体红外性能的影响。结果表明：随着TEOS含量的增加，SiO₂包覆层表面由疏松变得致密，进一步增加会生成次生SiO₂颗粒，导致均匀性变差；在60 ℃乙酸乙酯中浸蚀10 min时，微米级SiO₂中空微球分散性好、球形度高，直径达到1 570 nm、壁厚达到65 nm；随着自组装溶液质量浓度的增大，微米级SiO₂中空微球的排列变得整齐、层数增多，红外反射率升高，在溶液质量浓度为0.005 g/mL时反射率最高为85%。微米级SiO₂中空微球光子晶体除实现红外辐射调控之外，还具有隔热性能好、比重小等优点，在航空航天飞行器的红外隐身涂层、建筑保温等领域具有重要的应用前景。

采用水热合成钙钛矿SrTi_xZr_（1-x）O₃纳米单晶颗粒，系统研究不同钛/锆比（Ti/Zr，摩尔比）对晶体颗粒物相组成、微观形貌和光响应特征的影响规律。当Ti∶Zr摩尔比为1∶3和3∶1时，颗粒均为六面体形貌；但在Ti/Zr摩尔比为1时，部分颗粒呈星状形貌。采用第一性原理计算，获得不同超晶胞构型的能带结构和晶格参数，从理论上阐明了钛/锆比对颗粒形貌变化规律的影响机制，不同晶体构型诱导的异相成核机制，以及原子随机排列产生的晶格畸变，共同导致星状颗粒形貌的形成。随着Ti的摩尔比降低，禁带宽度逐渐增大，这与实验结果相符。

在众多Na离子电池正极材料中，P2型层状氧化物因其优异的动力学性能受到研究者们的广泛关注。在P2型层状氧化物材料中，Na离子有2种不同的位点，即Na_e和Na_f。由于配位环境的差异，Na离子在不同位点间的迁移行为不同。本工作提出通过调控材料中Na含量的策略实现了对同一过渡金属组分材料的Na_e/Na_f位点占位比的优化。研究发现，与Na_0.45Ni_0.1Mn_0.9O₂和Na_0.65Ni_0.1Mn_0.9O₂相比，具有更高Na_e/Na_f位点占比值的Na_0.55Ni_0.1Mn_0.9O₂材料表现出最为优异的电化学性能，其电化学曲线平滑，在0.2 C（1 C=173 mA·g^-1）的倍率下容量高达174.5 mA·h·g^-1，在3 C，循环200次容量保持率高达92.95%，10 C的高倍率下仍能发挥83.6 mA·h·g^-1的容量，该策略为设计高性能P2型钠电正极材料打开了新的思路。

二硫化钼在可充电电池等能源存储领域具有广阔的应用前景，然而其电子导电性较差、充放电过程中易粉化和团聚等问题限制了其发展。采用水热法一步合成了液态合金（LM）和二硫化钼（MoS₂）的复合负极材料（LM@MoS₂）。通过XRD、SEM等综合表征方法对复合材料的结构和形态特性进行了研究。结果表明，液态合金通过静电吸附和配位键等方式有效结合于MoS₂，形成稳定的复合结构。此外，复合材料具有较高的可变形性和化学稳定性，促进了电极材料裂纹表面的修复，减少了内部氧化还原反应，提高了锂离子电池的循环稳定性。当LM与MoS₂质量比为2∶1时，复合材料表现出最佳性能。在0.1 A·g^-1的电流密度下，经过100次循环，复合材料的比容量稳定在656.1 mA·h·g^-1，容量保持率达74.3%，该研究为锂离子电池电极的裂纹自修复提供了新思路。

尖晶石结构LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO）材料因具备高工作电压、低成本和环境友好等优点，被认为是最具有发展前景的正极材料之一。然而，LNMO材料在充放电过程中表现出严重的表面失氧和Mn溶出反应，导致其整体电化学性能较差。采用前驱体Li₃PO₄包覆技术，在LNMO材料颗粒表面构建均匀的纳米包覆层，不仅提高了LNMO的循环稳定性和倍率性能，而且有效抑制了循环过程中阴极材料过渡金属溶出。结合X射线衍射仪、扫描电子显微技术、透射电子显微镜和电化学分析等测试手段，充分对比和分析Li₃PO₄包覆LNMO材料前后对微观结构和电化学性能的影响。该方法实现了Li₃PO₄的均匀包覆，并且没有改变LNMO正极材料的晶体结构。前驱体包覆3% Li₃PO₄的LNMO材料在1 C倍率下循环300圈容量保持率从无包覆的81.82%提升至包覆后的90.47%，2 C高倍率下的放电容量保持率从87.72%提升至92.39%，且EOL电芯阳极极片中过渡金属Mn溶出量明显降低。前驱体Li₃PO₄包覆策略是一种有效的材料表面改性策略，可以有效提升尖晶石型LNMO正极材料在循环过程中的结构稳定性和电化学性能。

优异的吸波材料不仅要满足高效的电磁波衰减特性，还要适应现代日益复杂的服役环境。本工作采用简单的沉淀和热解工艺将镍纳米颗粒（Ni NPs）均匀分散于还原氧化石墨烯（rGO）片层上，制备得到磁电协同的镍/锌/氮掺杂多孔碳@还原氧化石墨烯（Ni/Zn/NC@rGO）纳米复合材料。利用磁性纳米粒子与介电型rGO二维片层结构的协同优势，构建了完整的导电网络，优化了纳米复合材料的阻抗匹配与电磁衰减特性。同时，复合材料间多重界面提供的界面极化增强了入射波的多重反射和散射，有效提升了吸波性能。结果表明，Ni/Zn/NC@rGO-1∶1纳米复合材料在匹配厚度1.67 mm时的最低反射损耗值（RL_min）为-63.70 dB，而当匹配厚度为1.63 mm时，最大有效吸收带宽（RL<-10 dB）达到5.36 GHz。此外，复合材料的片层结构有效延长了腐蚀介质的扩散路径，掺杂Ni/Zn/NC@rGO纳米复合材料涂层的腐蚀电流密度I_corr达到1.437×10^-11 A/cm²，防腐性能明显优于其他涂层样品，这项工作为制备高效防腐电磁吸波多功能材料提供了新思路。

针对TiO₂光谱响应范围较窄、光生载流子易复合的缺点，本研究采用溶胶-凝胶共混法成功制备了微结构可控的Fe³⁺与碳量子点（CDs）共修饰TiO₂的复合催化剂Fe³⁺/CDs-TiO₂。结果表明，Fe³⁺与CDs共修饰不仅拓宽了TiO₂光谱响应范围，而且形成的界面化学键为光电子转移提供通道，抑制载流子的复合，提高光电子转移效率，当Fe³⁺与CDs的负载量为0.5%（质量分数）和1.5%时，复合材料对双酚A的降解效果最佳，可见光下光照120 min，BPA降解率可达92.8%，Fe³⁺/CDs-TiO₂循环使用7次后，去除率保持在86%以上。Fe³⁺/CDs-TiO₂降解双酚A光催化反应符合一级反应动力学方程，反应速率常数为0.022 16 min^-1，自由基捕获实验证实空穴是降解BPA的主要物种，光催化降解产物毒性逐渐消减。

碱金属钼酸盐黄相在高放废液玻璃固化过程中难以处理，严重影响玻璃的化学稳定性。为了对高钼废液固化玻璃的化学稳定性进行较为准确的预判，从而加速配方研发进程，利用玻璃结构基因模拟法（GSgM）研究了高Mo（2.6%~3.3%，质量分数）模拟高放废液硼硅酸盐玻璃的化稳性和钼分相累积情况，建立了B、Li、Na、Mo浸出率、玻璃转变温度和钼分相累积程度的结构预测模型，并进行了模型验证。研究显示，在本工作的成分研究范围内，钼分相成分主要为CsLiMoO₄（水溶性黄相）及CaMoO₄（耐水性晶相）。成分-结构-性质关系表明，提高Li₂O和CaO会显著促进钼分相的形成。518~528 cm^-1 Si—O—Si振动增强，则钼分相加剧，但［BO₃］基团中B—O—B振动增强，可有效减少钼分相的析出。模型验证结果表明，各性质的结构预测模型可对设计玻璃的化稳性及钼分相累积程度进行快速预测，以筛选设计玻璃配方是否有进一步研究的必要。

将层状硅酸盐矿物引入聚合物以改善其摩擦学性能的研究，为发展智能自修复型复合材料提供了新思路。将叶蛇纹石和硅灰石粉体作为填料引入聚四氟乙烯（PTFE），通过球磨混合-冷压成型-无压烧结的方式制备得到不同成分的矿物增强PTFE基复合材料。研究了复合材料物相结构、微观形貌与成分、邵氏硬度和干摩擦条件下的摩擦磨损行为，讨论了叶蛇纹石和硅灰石粉体对PTFE/高碳铬轴承钢摩擦副的减摩抗磨协同机制。结果表明：得益于矿物对PTFE的强化作用和对偶表面兼具高硬度和自润滑特性的摩擦反应膜的形成，复合材料表现出优异的摩擦学性能；与添加单一叶蛇纹石相比，硅灰石矿物的添加降低了叶蛇纹石的相变温度，促进了摩擦反应膜的形成，对改善复合材料的摩擦学性能具有良好的协同作用；同时添加10%（质量分数）叶蛇纹石和20%（质量分数）硅灰石的PTFE基复合材料平均摩擦系数和磨损体积较纯PTFE分别降低44.2%和71.4%。

镁碳砖是炼钢过程中重要的耐火材料之一。为进一步提高其抗热震性，本文利用普通烧结镁砂存在少量低熔点相特性，在镁碳材料制备过程中部分替代电熔镁砂骨料，使之在服役条件下（1 000~1 700 ℃）材料基体内产生局部液相，缓解材料中应力集中的问题。结果表明：经1 000 ℃热处理后镁碳材料内普通镁砂骨料保持完整；温度升至1 400 ℃，部分普通镁砂骨料中的杂质溶出并向周围基质中扩散，骨料瓦解呈多孔结构。此外，基质内因单质硅的引入，除形成大量的晶须状和颗粒状Mg₂SiO₄相外，还出现了SiC晶须；1 600 ℃热处理时，杂质溶出扩散加剧，基质中存在颗粒状Mg₂SiO₄相和SiC晶须。上述材料在高温下的结构变化，提高了材料的强度，甚至高温抗折强度，改善了材料的抗热震性能。高温劈裂实验表明，烧结镁砂的孔隙结构缓解了应力集中，而1 400 ℃条件下液相的形成促进了烧结和基质中晶须的形成，增加裂纹沿骨料-基质界面扩展的比例，最终导致材料的断裂能和抗热震因子增加。

以白刚玉和活性氧化铝粉为主要原料、鳞片石墨与炭黑为碳源、碳化硼与单质硅粉为添加剂、短切碳纤维为增强体制备了铝碳耐火材料。利用场发射扫描电子显微镜研究了材料中碳纤维与单质硅反应后发生的结构演变。结合三点弯曲法和单轴压缩法研究了材料不同温度下的力学性能，采用水淬冷法研究了材料的抗热震性能，采用单边切口梁法研究了材料的抗断裂性能。结果表明：热氧化可以有效对碳纤维表面进行改性，从而影响到碳纤维的结构演变与使用性能；合适的热氧化处理可使碳纤维在铝碳耐火材料中发挥显著的增强作用，加入500 ℃热氧化的碳纤维后，铝碳耐火材料的常温抗折强度、常温耐压强度和高温抗折强度相比于对照材料分别提高了28.2%、22.4%和87.2%（材料1 400 ℃热处理后）。另外，引入热氧化碳纤维也能对铝碳耐火材料的抗热震性能与抗断裂性能产生影响。

水泥回转窑过渡带由于难于结窑皮和所用耐火材料热导率较高，窑壳外表面温度高，散热损失大。本工作以氢氧化镁、碳酸钙和煅烧α-氧化铝为原料合成出Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆，以此为骨料和烧结镁砂制备出方镁石-尖晶石-铝酸钙耐火材料。借助扫描电子显微镜、X-射线衍射仪等手段研究Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆的添加和烧成温度对镁质耐火材料结构和性能的影响。结果表明：1）Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆引入到镁质耐火材料中，因烧成过程方镁石存在使Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆发生分解，方镁石-尖晶石-铝酸盐三元体系在高温下形成液相，借助于液相辅助Kirkendall效应形成了孔洞实现了轻量化，并且随着Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆加入量增加，材料显气孔率升高，体积密度、耐压强度和荷重软化温度降低；相同Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆加入量，降低Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆粒度可使上述提及性能提高。2）随着烧成温度升高，材料的显气孔率降低、体积密度增加，但耐压强度并未升高，荷重软化温度保持在1 540 ℃以上较高的水平，当加入10%（质量分数）、0.50~1.00 mm Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆颗粒，材料在1 700 ℃烧成时荷重软化温度可达1 603 ℃。3）1 350 ℃侵蚀实验结果表明，引入10%粒度为0.088~0.500 mm Ca₂Mg₂Al₂₈O₄₆颗粒的样品，在1 650 ℃烧成具有最好的抗水泥物料侵蚀性能。

研发适用于不同复杂环境的高性能吸波材料对于军事和民用领域均具有重要意义。SiC纤维具有高强度、高模量、耐高温、耐腐蚀和电导率可调节等优点，且在极端环境下也能保持良好的性能，在吸波领域具有巨大应用潜力。本综述阐述了SiC纤维的吸波机理，综合评述了改善SiC纤维吸波性能的4种途径，介绍了SiC纤维增强吸波复合材料的研究进展。在此基础上，对SiC纤维及其复合材料在吸波领域的发展进行了展望。

染料敏化太阳能电池（DSSCs）由于其成本低、原材料丰富、光电转化效率高等优点，成为新能源开发利用领域研究的热点。光阳极是DSSC的重要组成部分，对提高DSSC的光电转化效率具有重要意义。基于此，首先介绍了SnO₂ DSSC的工作原理，并分析了效率的影响因素，接着重点讨论了SnO₂光阳极的结构设计，在此基础上阐述了光阳极改进（表面包覆或复合、元素掺杂）的研究现状，最后总结规律并对未来的发展趋势和前景进行展望。

水滑石具有二维层状结构和高理论比电容，在超级电容器电极材料领域崭露头角。通过调控层间距，提高水滑石层间电化学活性位点利用率，降低离子传输阻力，成为水滑石等二维电极材料常用而有效的结构调控方法。近年来，水滑石层间距调控和电容性能研究报道迅速增加，但至今关于水滑石层间距调控提升电容性能的综述文章依然很少。因此，本文对水滑石的结构和储能机理进行了介绍，系统对比评述了离子交换法和一步合成方法调控层间距的优缺点，深入对比并总结了客体插层、金属阳离子配比调控、插层及水滑石载量调控等方法对水滑石层间距、成分、结构和电容性能的影响研究的进展情况，梳理出了调控层间距提升电容性能的常用方法和电容性能提升的内在机制，为推进水滑石电极材料的深入研究和应用发挥重要作用。