富锂锰基层状氧化物凭借阴阳离子氧化还原反应赋予的超高放电比容量，成为下一代高比能电池的核心正极材料。然而，其在高电压下存在的晶格氧不可逆析出及界面副反应严重等问题制约其实际应用。通过室温氨气等离子体技术对体相全浓度梯度设计的双晶畴富锂锰基层状氧化物进行表界面功能基元序构设计，该策略仅需数分钟即可实现高效表界面重构与温和氮化，克服传统气相热处理动力学迟缓、易引发表面晶体结构过度转变的局限。氨气室温等离子体改性在正极晶粒表面构建出稳定的尖晶石-无定形包覆的纳米复合双功能基元序构界面。内层尖晶石相作为快速离子通道显著提升Li⁺传输动力学，外层含N无定形层通过化学键合抑制晶格氧流失与电解液腐蚀，短时处理有效避免了材料表面Mn的过度还原和向岩盐相结构的过度转变。得益于体相全浓度梯度双晶畴设计与表面纳米复合双功能基元序构的协同作用，材料的电化学性能显著提升，1 C倍率下循环900圈容量保持率为81.5%，平均电压衰减仅为0.21 mV/cycle。建立体相和表面功能基元序构协同设计理念，可以为开发高能量密度电池提供普适性的改性路径新思路。

太赫兹（THz）频段非线性超表面在实现片上频率转换与波前调控一体化方面具有重要应用前景。然而，现有人工非线性结构多集中于增强非线性辐射强度，在频率转换过程中难以实现相位的独立调控。本工作基于洛伦兹力诱导的太赫兹非线性机理，提出一种通过超表面人工基元谐振模态操控，实现二次谐波相位和波前涡旋按需设计的方法。仿真分析表明，在单一基元谐振模主导且工作频点固定的条件下，结构几何参数可改变局域场相位关系，从而调控二次谐波相位。在此基础上设计并制备8种离散相位基元，实验测量结果显示，各基元在基频附近具有一致的谐振特性，其二次谐波相位在0~2π范围内形成离散等相位差分布。进一步利用实验标定的各超表面二次谐波响应，通过螺旋梯度序构排布实现阵列的空间相位编码，基于等效源模型对阵列远场进行重构计算，结果表明该离散相位基元可实现具有螺旋相位分布特征的二次谐波涡旋光，且涡旋光的拓扑荷数可控。本工作验证了人工非线性超表面中通过谐振相位实现频率转换和波前调控的可行性，为太赫兹片上非线性功能器件的波前设计提供了新的技术路径。

随着片上光子集成、光互连和动态光功率管理技术的快速发展，兼具低损耗、小型化和高稳定性的片上功率分配器已成为集成光子系统中的关键基础器件。光子拓扑绝缘体凭借其独特的拓扑保护边界态传输，在抑制背向散射、抗弯折和对缺陷的鲁棒性等方面具有显著优势，为高性能功率分配器设计提供了新的实现途径。然而，现有拓扑功率分配器大多仍依赖改变结构几何参数来实现分束比调控，器件制备完成后难以在同一结构中实现连续动态调节，限制了其在可重构集成光子系统中的应用。针对上述需求，本工作提出一种基于液晶调控的拓扑谷光子晶体波导耦合功率分配器。该器件以花瓣状孔径的正六边形单胞为功能基元，通过锯齿状拓扑界面与反向耦合波导的平面空间序构设计建立功率分配器，并在边界传输波导区域及耦合区域的孔径中引入向列相液晶，利用外加电场调控液晶分子光轴取向改变波导有效折射率，从而实现波导间耦合行为和输出功率比的连续调控。数值模拟结果表明，在目标通信波段（1550 nm）工作波长下，通过调控液晶作用区域长度，可在不改变功能基元与整体序构的前提下，实现两个输出端口间约0%~100%的连续可调功率分配。进一步，在引入多种结构缺陷后，该器件依然保持良好的传输性能，验证了其优异的鲁棒性。本研究为可重构片上光子路由、动态光互连和拓扑集成光子器件设计提供了新的实现方案，也为发展兼具鲁棒性与动态调控能力的集成光子系统开辟了可行路径。

电动汽车的普及和便携电子设备使用量增加，锂离子电池亟须同时提升能量密度与功率密度。厚电极设计能有效提高活性物质占比，是实现高能量密度的重要路径。但厚电极中电子和离子传输路径的延长会导致严重的极化现象，使得高功率输出难以维持。近年来，纳米基元结构（纳米颗粒、纳米片、纳米线等）的发展为解决这一问题提供了新的方向。在电池组装过程中，严重的团聚和界面副反应使得基元结构的优势无法发挥，这也导致在厚电极尺度下的性能远低于理论预期。本文梳理了从基元结构到厚电极的多尺度传输行为，揭示了纳米效应在电极尺度下的作用规律。围绕着如何通过合理设计基元结构的组装方式，包括构建连续导电网络、调控多级孔道结构、实现垂直取向排列突破厚电极中的电子和离子传输瓶颈，阐明基元结构与电极宏观性能之间的构效关系。最后，从“结构设计”到“系统智造”的未来研究方向进行展望，强调将基元结构作为可设计单元，通过三维空间内的组装实现电子、离子和机械应力的协同管理，是突破下一代高能量与高功率锂离子电池性能极限的关键路径。

随着电子产品向轻量化与小型化方向快速发展，传统铝电解电容器受限于面积/体积比电容低、结构刚性强等固有缺陷，已难以满足现代电子系统对高性能滤波元件的需求。凭借高比电容、快速充放电特性及优异的循环稳定性，超级电容器被认为是替代铝电解电容器的潜在方案。然而，传统电极内部无序多孔结构引发了严重的传质瓶颈。曲折的离子迁移路径极大地限制传输动力学，导致器件在120 Hz频率下陷入“鱼与熊掌不可兼得”的困境——快速响应与高能量密度无法共存，严重阻碍了其走向实际应用的步伐。近年来，通过对电极微观结构进行理性设计，尤其是对组成电极的纳米结构功能基元的空间取向与连接方式实施精确序构调控，逐渐成为突破上述矛盾的重要策略。基于结构维度与空间组织方式，本文对碳基滤波电极进行系统梳理，包括以高堆积密度为特征的二维平面结构、以随机扩散为主导的三维大孔结构，以及以定向传输为特征的高度垂直取向结构等，揭示结构有序性在调控电荷输运动力学中的关键作用。在此基础上，重点综述以碳管为功能基元的三维序构电极体系——三维互连碳管网格，深入分析其在构建低电阻连续电子传导网络与低曲折度定向离子通道方面的结构优势。围绕“结构序构—离子输运—高频滤波性能”这一内在逻辑，系统讨论自支撑骨架构筑、基元层级化调控、表界面工程、同轴套构、横向致密化及Y-形分支设计等结构演化策略，对离子输运行为及120 Hz滤波性能的影响规律。最后，总结当前研究进展与未来发展趋势，以期为高性能、小型化电化学滤波器的结构设计与理论研究提供参考。

传统石墨与六方氮化硼材料等难烧结类碳材料存在制备工艺周期长、能耗高、性能提升受限等问题。功能基元序构策略通过将具有特定功能的基元在跨尺度上进行有序组装与结构调控，为突破上述瓶颈提供了新范式。本文系统综述了基于该策略制备高性能类碳材料（石墨、六方氮化硼陶瓷及其复合材料等）的最新研究进展。文章首先阐述了功能基元序构的核心设计理念，然后按照序构方式（如均匀分散序构、层状转角序构、一维序构、“榫卯结构”序构）进行分类阐述，分析了不同策略下材料的微观结构演变和性能增强机制，重点总结了洋葱碳、洋葱氮化硼等特征功能基元在提升材料力学性能等方面中的作用；最后，对该制备策略未来发展的趋势进行了展望。

电催化CO₂还原反应（CO₂RR）涉及多电子、多质子耦合过程，反应路径复杂、产物分布多样，其催化性能高度依赖于活性位点对关键中间体的吸附与转化能力。负载金属催化剂是CO₂RR体系中常用的一类催化材料，具有单原子位点、双原子位点、纳米颗粒等多样化的活性功能基元。这些功能基元的序构特征决定了反应物吸附行为、反应路径及能垒分布，是影响催化活性、选择性与稳定性的核心因素。密度泛函理论、分子动力学等计算方法为预测活性位点结构、揭示催化反应本质提供了重要手段。然而，面对催化剂表面结构复杂、构型空间庞大的挑战，机器学习方法的引入为活性功能基元的高通量筛选与理性设计开辟了新的研究范式。基于此，本文从功能基元序构视角出发，系统综述了负载金属催化剂中典型活性位点类型及其构效关系，重点讨论了几何构型与电子结构对CO₂RR性能的调控机制，并总结了机器学习在活性功能基元预测与设计中的应用进展。最后，针对CO₂RR活性功能基元精准设计面临的挑战与发展趋势进行了展望。

电催化硝酸盐还原（NO₃RR）为全球氮污染治理与可再生能源转化提供了重要路径，并推动“电化学氮循环”成为前沿研究方向。然而，当前NO₃RR体系多以“材料类别”进行分类与讨论，其反应性能通常源于多位点协同作用，导致活性或选择性难以归因于明确结构单元，从而增加了机理解析难度并限制结论的可比性与迁移性。原子级序构将研究重心从宏观与介观尺度转移至原子尺度，通过精确调控原子种类、位置、配位环境等，实现活性中心的可识别、有序、可设计，为NO₃RR提供了统一且可计算的语言，系统建立了结构-机理-性能的关系。本文从原子活性位点尺度、局域键合与配位环境以及原子排列有序度三个维度构建统一分类框架，总结原子级序构催化剂的理性设计策略及其在器件集成中的应用探索，为高性能NO₃RR催化剂的定向设计和工程应用实践提供理论参考。

压电振动能量收集技术可以将环境中广泛存在的振动转换成电能，为设计先进自供电传感器提供了可靠方案，在工业物联网与无线传感网络自供能以及结构健康监测领域具有重要的应用价值。其中，压电能量转换效率显著依赖于基体结构对振动的俘获能力。声学拓扑绝缘体支持能量高度局域化且鲁棒的拓扑态，具有优异且稳健的振动能量俘获特性。近年来，发展基于声学拓扑绝缘体的压电振动能量收集技术引起了研究人员的广泛关注。本文综述了近期该领域取得的研究进展，重点介绍了基于拓扑边界态、高阶拓扑角态与连续体束缚态等强局域化机制的压电振动能量收集技术，以及面向宽频响应的多模态协同振动能量收集策略和基于大面积拓扑态的高通量振动能量收集等方面代表性工作。最后，对现阶段该领域研究面临的挑战作了简要讨论，并展望了未来可能的研究方向。

淡水资源短缺已成为人类社会可持续发展的关键瓶颈，光热界面水蒸发以低能耗、零碳排放、分布式应用等优势，成为海水淡化与污水处理的前沿技术。该技术的核心在于能量转换与物质传递的协同优化，而传统研究思路难以实现光、热、水传输的高效耦合。基于功能基元序构的研究范式，为新型光热界面水蒸发提供了新的材料设计思路。本文以中空多壳层结构（HoMS）为典型体系，系统综述了多级序构特征在光热界面水蒸发中的典型优势。文章阐明亚纳米功能基元、纳米颗粒、多级壳层的跨尺度递进构筑规律，揭示多级序构在强化光吸收、调控热局域化、优化毛细输运、降低水蒸发能耗等方面的优势。同时，指出当前领域在规模化制备、机械耐久性、界面污染及蒸发冷凝匹配等方面的关键挑战，并展望功能基元多元化、序构多样化及第三级次序构的发展方向，期望为新一代高效、稳定、可工程化的光热水处理材料提供理论参考与设计思路。

基元序构强韧化策略为突破传统金属材料强度-塑性之间的倒置关系提供了全新思路。纳米孪晶铜因其微观结构稳定、尺度精准可调控，以及塑性变形过程中位错机制明晰，成为构筑序构材料、揭示其力学性能强韧化原理的理想模型。本文基于序构纳米孪晶铜的研究现状，系统阐述层状与梯度2种典型序构方式对力学性能、梯度变形行为与塑性变形机制的影响规律，旨在揭示基元序构方式调控力学性能的内在机制。此外，本文还梳理了该领域当前面临的机遇与挑战，以期为高性能金属材料的发展提供参考。

有机材料由于其弱自旋轨道耦合、较长的自旋弛豫时间以及高度可设计的分子与晶体结构，近年来在自旋电子学领域受到广泛关注。与无机体系相比，有机材料中的自旋行为对微观结构和化学环境表现出更高的敏感性，使得通过结构设计实现自旋效应调控成为可能。本文围绕有机功能晶体结构设计，从自旋动力学基础出发，系统综述了有机材料中自旋轨道耦合、交换相互作用和超精细相互作用等关键自旋弛豫机制，并概述了有机磁场效应、自旋输运以及有机磁性等典型自旋相关现象。在此基础上，重点讨论了晶体有序性、分子堆积方式及晶体参数差异等结构因素对自旋行为的调控作用，进一步总结了同位素效应、化学取代以及多组分体系中相互作用协同对自旋效应的影响。同时，本文还介绍了有机异质结界面中的自旋行为以及手性材料中手性诱导的自旋选择效应的物理机制与常用手性结构的构建策略。最后，对有机功能晶体中结构设计与自旋效应之间的内在关联进行了总结，并对未来通过精细结构工程实现高效、自旋可控有机器件的发展方向进行了展望。

金属有机框架（MOFs）是一类由金属离子与有机配体通过配位作用自组装形成的晶态多孔材料，具有结构可调、孔隙率高和功能多样等特点。然而，MOFs通常以粉末形态存在，难以直接应用于微纳器件中，因此发展能够实现高精度空间排布与图案化的技术，成为推动MOFs从材料基础研究迈向功能集成器件的关键。本文系统综述了MOFs图案化技术的研究进展，着重分析了从间接组装（如模板法、印刷技术）到直接图案化（如光刻、电子束、激光直写）的技术发展路径。文中详细介绍了紫外光、电子束、X射线及激光等直接图案化方法的工作原理，并与间接策略在分辨率、结构保持能力和工艺兼容性等方面进行了对比。最后，总结了该领域在提升分辨率、实现工艺标准化及异质材料集成等方面所面临的挑战，并对MOFs图案化技术与半导体工艺相结合的未来发展方向进行了展望，以期为MOFs微纳器件的制备与应用提供参考。

系统评估了8种具有代表性的预训练机器学习势（MACE、M3GNet、CHGNet、ALIGNN、SevenNet、AlphaNet、GRACE和Orb）在典型Na/Li正极材料（层状氧化物、磷酸盐及其他快离子导体）上的性能，涵盖电压预测、离子迁移与热稳定性3大关键任务，旨在为不同电化学性质预测任务中机器学习势的合理选择提供定量依据。结果显示，M3GNet在电压预测中整体误差最小，其次为AlphaNet与CHGNet；离子迁移的MSD分析表明，MACE与SevenNet给出的扩散系数最接近参考值；热稳定性对比表明，M3GNet与MACE对释氧温度及阶梯分解特征的预测更为准确。上述体系覆盖Li/Na化学体系、层状与聚阴离子结构、多种过渡金属氧化还原对，为定量基准测试提供了可靠的DFT/实验数据支撑。

功能陶瓷具备优异的多功能耦合响应特性，是支撑高端智能技术发展的关键无机材料。然而，其性能设计与优化同时受多目标性能权衡、多尺度结构关联以及多物理场耦合效应的“三多”困境共同制约，使功能陶瓷材料设计空间呈现出高维、强约束与高度非线性的特征，导致传统依赖经验试错与正向迭代的研发模式效率不高、可迁移性不足。近年来，人工智能（AI）通过整合数据驱动方法与物理约束建模，推动材料研发由正向预测逐步向逆向设计与闭环优化转变，为破解功能陶瓷长期存在的“三多”困境提供了新的技术路径。基于此，本综述从数据、模型与场景应用3个核心层面，系统梳理了AI赋能功能陶瓷研发的研究进展与共性挑战，并进一步围绕逆向反演决策模型、跨尺度智能计算方法以及大语言模型驱动的协同研发平台3条主线，总结了AI赋能功能陶瓷研发的破局逻辑与内在方法框架。最后，面向功能陶瓷材料-工艺-器件一体化的智能研发需求，总结了当前的发展趋势与未来应用前景。

随着数据驱动科学研究第四范式的深入发展，以大模型为代表的人工智能技术正深度重构材料研发模式。本文系统综述了材料大模型在晶体结构设计与发现、性能预测与基础知识挖掘、具体材料垂类大模型、冶金工艺优化及多智能体协同框架的应用场景。在晶体结构设计与发现方面，GNoME、CrystaLLM分别通过主动学习与自回归建模，显著提升了稳定新材料的发现速率；在性能预测与基础知识挖掘领域，MatChat与Galactica等利用检索增强生成与大规模科学语料预训练，实现了从海量非结构化文献中精准提取规律并预测材料属性；针对具体材料垂类大模型，PolyLLMem、MatMind及ChipNeMo等通过整合高分子、无机非金属及半导体设计的专业先验知识，有效弥合了通用大模型在特定学科中的知识断层；在冶金工艺优化层面，SteelBERT及PDGPT等通过关联工艺参数与显微组织，为工业级黑盒问题的协同优化提供了高保真度决策支持；在多智能体协同框架维度，AtomAgents和AgentMat等系统通过层次化架构调度多种专业工具，驱动了全流程闭环的智能化演进。最后，针对当前材料大模型面临的数据稀缺性、物理一致性约束及黑盒可解释性等核心挑战，提出了未来在多模态融合、物理信息引导以及自主实验室方向的发展展望，旨在为材料基因工程与智能化研发提供理论参考与技术指南。

有机聚合物材料的高维度、非线性的化学空间制约了新材料的研发效率，而人工智能（AI）通过数据驱动模型揭示构效关系，正推动该领域进入高效设计的新阶段。本文系统综述了AI驱动聚合物功能材料研究的新范式。首先，针对数据瓶颈，阐述了高通量计算、机器学习与标准化数据库的协同策略；其次，针对结构表示难题，创新性引入“功能基元”概念，发展了聚合基元指纹（PUFp）与聚合物基元图（PU-Graph）等可解释特征编码方法；进而总结了从宏观工艺参数到微观结构编码的机器学习预测模型进展，并重点剖析了AI在有机半导体、光伏及电介质材料中的典型运用案例，展现了“数据-模型”协同驱动范式转型的现状。本文针对有机聚合物功能材料专用数据库的构建与结构编码方法的梳理，也为第四范式聚合物材料研发提供了数据及方法支撑。最后，展望了AI与材料大数据深度融合的前景，包括逆向设计、实验-模型闭环集成等关键方向。可以预见，随着这些问题的突破，AI将从辅助工具演变为聚合物材料创新的核心引擎。

质子导体固体氧化物燃料电池（H-SOFC）在中低温下氧电极的催化活性是提升H-SOFC电化学性能和稳定性的关键。但传统氧电极材料热膨胀系数较高，低温下催化活性较低，难以满足H-SOFC氧电极要求。而错配型层状结构氧化物有望提供新的解决方案。本工作通过甘氨酸燃烧法成功制备了Na_0.15X_2.85Co₄O_9-δ（X=Ca、Sr、Ba；简称NCC、NSC和NBC）系列材料，其拥有错配层状（[X₂CoO_3-δ]层与[CoO_2-δ]层）结构，热膨胀系数较小，中低温下氧电极的催化活性较高。在Na_0.15X_2.85Co₄O_9-δ材料中，NSC展现出了最佳的性能：在5%（体积分数）H₂O+95%空气气氛、700 ℃下电导率为57.1 S·cm^-1，650 ℃下NSC|BZCYYb （BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.1Yb_0.1O_3-δ）|NSC对称电池极化阻抗为0.19 Ω·cm²，600 ℃下100 h后增长约2%。NSC|BZCYYb|Ni-BZCYYb全电池测试中，氧电极在650 ℃和500 ℃下功率密度分别为1273 mW·cm^-2和362 mW·cm^-2，并在600 ℃、0.54 A·cm^-2外加电流密度下165 h保持稳定。该工作表明Na_0.15Sr_2.85Co₄O_9-δ错配层状材料在H-SOFC中的具有一定的优势。

锂硫电池具有能量密度高、成本低廉且环境友好的优势，但其循环寿命受限于多硫化物穿梭效应。本工作以四水合钼酸铵和柠檬酸铵为前驱体，氯化钠为模板，利用反溶剂法和原位热解过程，构建分级多孔氮掺杂碳负载Mo₂C复合材料（Mo₂C@PCN-X），用以缓解上述难题。通过调整四水合钼酸铵的添加量，调节Mo₂C@PCN-X中氮掺杂碳孔结构及Mo₂C的负载量。分析结果显示，Mo₂C@PCN-X中空腔数量随四水合钼酸铵的添加量增多而增加，为多硫化锂（Li₂S_n，n=4～8）提供了丰富的存储空间，可以物理限制Li₂S_n的扩散。此外，Mo₂C颗粒对Li₂S_n具有显著的吸附能力和催化作用，可以加速可溶性Li₂S_n向固态Li₂S₂/Li₂S的转化，从而有效抑制穿梭效应。得益于上述协同作用，S@Mo₂C@PCN-1.5正极在0.1C时表现出1207 mA·h·g^-1的高可逆放电容量，在1.0 C下容量依然保持517 mA·h·g^-1，经过200次循环后，每圈衰减率仅为0.1%，循环稳定性优于S@PCN。

无机钙钛矿与电子传输层之间较差的界面特性限制了无机钙钛矿太阳电池光伏性能的提升。采用乙二胺四乙酸（EDTA）对埋底界面进行处理，利用EDTA四个羧基基团与SnO₂的羟基相互反应，改善界面特性，提升无机钙钛矿薄膜结晶质量，降低缺陷态密度并抑制非辐射复合。最终基于空气制备的组分为CsPbI_2.25Br_0.75的n-i-p型器件实现了18.84%的功率转换效率且稳定性优异。

高镍正极材料因其高能量密度而备受关注，但存在高电压下结构不稳定、容量衰减快等问题。为提升其综合性能，本工作以LiNi_0.9Mn_0.1O₂为基础，提出Mg/Nb/Ti协同掺杂与表面包覆的多重调控策略，并采用高温固相法合成系列样品。结果表明，样品SC-NM91-0.5Mg/0.25Nb@1Ti在4.3 V下循环100圈后容量保持率达89.2%，较未改性样品（73.3%）提升15.9%，在4.4 V下仍保持66.5%的容量，展现优异的高压稳定性。Mg掺杂可抑制Li⁺/Ni⁺混排，提升低压区结构稳定性；Nb掺杂能提升电导率，促进Li⁺扩散动力学；Ti则稳定结构并抑制晶格氧释放，形成的TiO₂/LiTi₂O₄包覆层可改善界面与电子传导性能。电化学测试显示改性样品具有更低的电荷转移阻抗和极化，反应动力学更优。综上，所提出的协同掺杂-包覆策略可显著提升样品如SC-NM91-0.5Mg/0.25Nb@1Ti等SC-NM91材料的结构稳定性与电化学性能，为高性能锂离子电池正极材料设计提供有效路径。

针对过渡金属氧化物导电性能差和电化学利用率低的问题，优化设计了具有氧空位（Ov）的三元金属氧化物Ov-Co₃Zn₁Mn_0.5O₅电极材料。通过多金属协同调控和NaBH₄还原处理，成功实现了材料形貌与电子结构的双重优化：1）独特的花状纳米片组装结构提供了丰富的电化学活性位点；2）引入的氧空位有效调节电子结构，促进多价态金属离子的形成，显著提升材料的导电性和电荷传输动力学。得益于这种协同优化，Ov-Co₃Zn₁Mn_0.5O₅电极展现出优异的储能性能，比电容高达1509.8 F·g^-1。组装的非对称超级电容器（Ov-Co₃Zn₁Mn_0.5O₅//活性炭）在750.0 W·kg^-1的功率密度下实现53.8 W·h·kg^-1的高能量密度，并且经过5000次循环后仍能保持809.1 F·g^-1的比电容和99%的库伦效率。该研究为通过形貌设计和缺陷工程协同优化过渡金属氧化物储能性能提供了新思路。

NaNi_1/3Fe_1/3Mn_1/3O₂（NFM）作为钠离子电池正极材料，虽具备环境友好、毒性低及原料丰度高等商业化潜力优势，但其结构稳定性不足导致循环性能衰减、倍率性能较差，制约了实际应用。针对这些问题，本工作采用湿化学法结合高温固相法在NFM正极材料表面包覆Al₂O₃层，通过包覆层抑制电极-电解质界面副反应并维持Na⁺扩散通道完整性，同时提升材料循环稳定性与倍率性能。电化学测试显示，以Al₂O₃包覆的NFM为正极材料的钠离子电池在2 C（1 C=150 mA/g）倍率下循环150次容量保持率达82.77%，在5 C倍率下循环300次容量保持率达73.31%，显著改善了循环稳定性。在0.1~10.0 C倍率范围内，NFM包覆Al₂O₃层钠离子电池在10 C高倍率下放电容量达98.0 mA·h·g^-1 （NFM钠离子电池仅为56.26 mA·h·g^-1），且当倍率回调至0.1 C时，容量恢复至初始值的92.1%（137.16 mA·h·g^-1），材料的结构可逆性提升，进而增强了器件的倍率性能。这些结果证实，Al₂O₃包覆策略通过调控界面反应与离子传输，充分激发了NFM正极材料的电化学潜能，进而提升了钠离子电池的稳定性。

硅氧碳（SiOC）负极材料具有理论比容量高、机械柔性好、结构稳定和价格低等一系列优良性能，被认为是极具潜力的锂离子电池负极材料之一。本工作通过溶胶-凝胶法，精确控制前驱体添加的顺序和时间，合成了一种具有独特蛋黄-壳结构且内核多孔的SiOC材料，在低能耗且温和的反应条件下使硅和碳在微观上均匀有效结合分布，该结构促进电极高倍率与长寿命的统一。所用原料为1，4-双（三乙氧基硅基）苯和四乙氧基硅烷的混合物，并在温和碱性条件下进行蚀刻处理。采用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射等多种表征技术，细致地表征了材料的微观结构，阐明了温和碱性蚀刻如何影响材料形貌和孔结构的机理。蛋黄-壳（YS@C）和多孔（P@C）SiOC负极材料的比表面积分别为17.041 m²·g^-1和27.458 m²·g^-1。在0.5 A·g^-1的电流密度下，YS@C和P@C可稳定循环550次，比容量分别为453 mA·h·g^-1和384 mA·h·g^-1。即使在1 A·g^-1的高电流密度下，YS@C仍能稳定循环1000次，比容量达354 mA·h·g^-1。总体而言，本工作提供了一种高效温和的新方法来制备高性能蛋黄-壳/多孔结构材料，为解决硅基负极膨胀核心痛点，有效抑制电极粉化与固体电解质界面膜破裂提供了新思路新方法，并有利于商业化生产。

锗因其高理论比容量（1624 mA·h·g^-1）、快速的离子/电子传输速率等特性，在锂离子电池领域的应用引起了广泛关注。然而，锗在循环中的大幅体积膨胀（完全锂化时达370%）会产生剧烈内应力，造成电极材料开裂和集流体剥离，同时，固体电解质界面（SEI）的反复破裂/再生过程会持续消耗电解液中的锂离子，共同引发容量快速衰减。此外，较高的应用成本阻碍了锗基锂离子电池的发展。近年来，以锗纳米化、锗基复合化、锗合金化为主的锗基负极材料改性策略的研究取得一定突破，在锂离子电池领域中的应用方面取得了良好进展。本文首先介绍了锗基负极的特点和失效机制，接着梳理了锗基负极材料的研究和应用进展，最后展望了锗基材料在锂离子电池领域的发展趋势。

金刚石材料因具有超宽禁带的能带结构，具备了高击穿场强、高载流子迁移速度、强抗辐射能力等优异的光电性能，在高功率、高能效、高频和恶劣环境下的光电设备领域应用前景广阔，其合成技术与掺杂技术的发展与应用密切相关。金刚石作为新兴的光电材料，对其光电性质与应用进行综述，对于推动其进一步发展具有重要的意义。本文简要介绍了金刚石及其合成方法，并探讨了合成技术对光电应用的重要意义，着重阐释了金刚石的光电性质并对其掺杂和色心作了介绍，总结了超宽禁带金刚石在辐射探测、高功率激光、电子器件领域的应用进展，最后对金刚石光电应用的发展进行了展望。

固体氧化物燃料电池堆是固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统的核心部件，也是SOFC能否商业化应用的关键。当电池与密封材料性能满足要求时，电池电极与连接体间的接触界面成为影响电池堆性能的直接因素。本文对SOFC电池堆的结构与界面进行分析，同时对界面接触改善方法的研究现状进行综述，如增大界面接触面积、提高电池堆外部载荷、改进集流层材料与优化集流体表面涂层等，为研制高效、稳定运行的电池堆提供参考。

随着新能源汽车的快速崛起，对锂离子电池的需求与日俱增，其中磷酸铁锂电池凭借稳定安全、成本低、循环利用率高等优势，占据新能源汽车锂电池的大部分市场。随着使用年限的增长，磷酸铁锂（LFP）电池报废量剧增，对其有效利用不仅能增加金属利用率，还能降低对环境的危害。本文详细综述废旧LFP正极材料直接修复再生和有价金属回收再利用的研究现状，重点介绍了固相烧结法、水热合成法、电化学法等工艺的作用原理和应用存在的优劣势。在此基础上，总结了废旧LFP正极材料全回收工艺中酸浸、碱浸、微生物浸出和火法等工艺的应用现状和作用机理，对比了有价金属的回收效果，同时揭示了回收中存在的瓶颈，从多角度展望未来行业发展的方向，为高效利用LFP材料提供借鉴。

二次锂离子电池在交通、电子、电网储能等领域有着广泛的应用。然而，这些规模化的应用依然面临着能量密度、安全性及成本等方面的严峻挑战。突破这些限制或者开发更高性能的材料体系则需要对限制电池性能的材料结构有更加深入的理解。深入理解的关键是发展对材料结构/微结构的高分辨、高灵敏表征方法。同步辐射凭借其单色亮度高、光谱宽等独特优势，在二次锂离子电池的研究中发挥了不可或缺的重要作用。本文总结了近年来同步辐射在锂离子电池材料研究中的应用，探讨了其在揭示电极材料结构演化、界面反应机制及电解质行为等方面的前景，并详细介绍了同步辐射X射线衍射、扩展X射线吸收精细结构、X射线计算机断层扫描以及红外ATR光谱等先进表征方法在典型电池材料研究中的应用实例，展示了这些同步辐射表征技术在解析电池材料充放电过程中的相变、局域结构变化、元素价态分布、界面演化及电解质调控等方面的强大能力。我们相信，同步辐射凭借其高亮度、高分辨率、元素敏感性以及原位/工况的能力，将成为推动高性能电池材料设计与优化的重要工具，在电池材料的多尺度、动态过程研究中发挥重大作用。

在能源资源短缺的当下，锂硫电池因其高容量和低成本被认为是最有前景的下一代储能技术之一，然而多硫化物的穿梭效应造成了低的硫利用率严重制约了锂硫电池商业化进程。共价有机框架材料（COFs）因其孔尺寸可调性和大的比表面积而被广泛用于锂硫电池的正极载体材料，本文综述了COFs材料在解决锂硫电池穿梭效应问题方面的研究进展，全面概述了锂硫电池用COFs的设计思路和制备方法；此外，还提出了当前COFs用于锂硫电池时存在的困难并讨论了其未来的发展方向，为未来COFs在锂硫电池中的应用研究提供了新的思路和参考。