化学链技术具有可实现产物的高效分离、降低能耗等优势，成为二氧化碳转化与水分解制氢的重要技术路线。载氧体在化学链循环中承担氧的储存与传递、参与氧化还原反应，成为决定反应速率与产物选择性的关键。为了筛选出性能优异的载氧体，本研究采用吉布斯自由能分析方法，从热力学上对典型金属及其氧化物参与二氧化碳转化与分解水制氢化学链反应展开研究。基于埃林汉姆图评估反应的可行性及各类金属载氧体的反应性能，分别得出了铁、钒、锰、钴、铜、铈等金属氧化反应以及金属与水反应的吉布斯自由能,借此明确不同温度区间内各金属及其氧化物与CO₂、水的反应可行性及临界温度，揭示了铁、锰基载氧体的高温CO₂还原优势与锰、铜、铈基载氧体的低温制氢潜力。结果表明，高温可促进铁、锰及还原态氧化物对二氧化碳的还原，其反应起始温度分别为708和935 °C，温度越高效果越显著。热力学上锰、铜、铈可在较低温度下自发将水分解制备氢气。该研究展示了各金属与CO₂、H₂O在不同温度下的相对氧化还原性能，为化学链反应中载氧体的筛选与优化提供了热力学理论依据。

甲酸具有氢含量高、毒性低、成本低、稳定性高、副产物简单等特点，已经作为有潜力的氢气储存材料，吸引了人们的广泛关注。本论文综述了惰性载体、还原性氧化物、金属有机框架材料、碳材料及分子筛作为载体分散Pd及Pd与其他金属形成的合金纳米粒子在甲酸脱氢反应中的活性。进一步总结了热（光或光热）催化甲酸脱氢反应机理。对于甲酸脱氢反应面临的挑战从提高活性金属利用率、采用理论计算深层次理解耦合效应、借助先进表征技术手段理解反应机理、实现碳循环角度进行了展望。

一氧化碳（CO）催化氧化是汽车尾气减排的关键反应之一，已受到研究人员的广泛关注。将金属单原子引入二氧化铈（CeO₂）载体，有望借助CeO₂优异的储氧/释氧能力、可逆的Ce⁴⁺/Ce³⁺氧化还原特性及丰富的表面缺陷，进一步提升其低温CO氧化的催化性能。目前，基于第一性原理的计算数据较为分散，缺乏针对单原子掺杂CeO₂催化剂（M-CeO₂）在CO氧化过程中系统性的理论数据，这严重制约了对该类催化剂构效关系和反应机理的深入认识。针对这一现状，本研究构建了涵盖多种过渡金属元素的M-CeO₂催化剂数据库。通过DFT计算，生成了包含模型结构、基元反应能量、频率分析、态密度、成键强度和Bader电荷等多维度信息的数据集，并在计算参数设置与输出结果两方面建立了严格的质量控制体系，以保障数据的完整性与可靠性。该数据库同时提供完整的原始计算文件，为研究M-CeO₂催化剂在低温CO催化氧化中的性能、构效关系及反应机理提供了可靠的数据基础。

准确预测生物柴油-醇混合物的热物性对其作为船用替代燃料的喷雾燃烧仿真至关重要。针对现有预测模型泛化能力与可解释性不足的问题，本研究评估了岭回归（Ridge）、人工神经网络（Artificial Neural Network）、随机森林（Random Forest）和XGboost模型对混合物密度与黏度的预测性能与适用性。结果表明，XGBoost模型在四种模型中表现最佳，其在测试集的全新数据上预测密度与黏度的平均绝对百分比误差（MAPE）分别为0.05%与1.89%，利用统计检验证实了该模型高度显著的性能优势；基于SHAP的可解释性分析揭示了XGBoost模型中初始密度（ρ₂₀）与实验温度（T）为密度预测中的关键输入，实验温度（T）和初始黏度（η₂₀）为黏度预测中的关键输入。模型鲁棒性测试表明，在输入噪声强度不高于2%时，模型仍能保持优异的稳定性与泛化能力，为内燃机缸内喷雾特性的数值计算提供高精度的数据支撑。

针对传统V₂O₅-WO₃/TiO₂脱硝催化剂低温活性不足、热稳定性有限及钒毒性等问题，本研究通过溶胶凝胶法构建了一系列Fe-Ce-Mn三元氧化物NH₃-SCR催化剂，并系统考察其在150−400 ℃下的脱硝性能与机理。结果表明，最优配比Fe_0.1Ce_0.04Mn_0.02在150−350 ℃条件下NO转化率始终高于90%，在较高空速及不同O₂体积分数、NH₃/NO物质的量比条件下仍能兼顾高NO转化和超过80%的N₂选择性，展现出优异的工况适应性。结构与表面表征显示，该三元体系具有均匀分散的Fe、Ce、Mn物种、约160 m²/g的高比表面积以及以4−5 nm细介孔为主的孔结构，同时富集表面活性氧O_α和高价Fe³⁺/Ce⁴⁺/Mn⁴⁺物种，并与酸性位点协同作用，为NH₃吸附活化与NO_x表面转化提供表面化学基础。原位DRIFTS联用NH₃-TPD、NO-TPD及DFT计算结果表明，NH₃优先吸附于Lewis酸位并发生去质子化生成表面*NH₂物种，NO在可迁移表面吸附氧参与下转化为单齿及桥式硝酸盐物种。上述含氮中间体在150−350 ℃实现同温共存，并经由NH₂NO关键中间体发生原位偶联，最终生成N₂和H₂O。Mn掺杂通过提升费米能级附近态密度并降低NH₃去氢及NH₂-硝酸盐偶联等关键步骤的能垒，自由能分析表明，该主通道关键步骤在热力学上更有利（ΔG更低），同时电子结构（PDOS）显示界面电荷转移更易发生，从而共同支持该主导反应通道。该研究为开发无钒宽温区NH₃-SCR催化剂及其结构优化提供了可借鉴的设计思路。

水热合成了不同硅铝比的HZSM-5分子筛催化剂，采用XRD、SEM、N₂物理吸附-脱附、NH₃-TPD等分析了催化剂结构、组成及酸性，比较研究了不同硅铝比（30、50、90和120）催化剂上丙烯齐聚反应的催化性能。结果表明，随着硅铝比的增加，催化剂的酸性有所降低，丙烯齐聚反应得到液体燃料油收最大反应温度有所提升，分别为360、380、440和460 ℃。探讨了硅铝比不同的HZSM-5分子筛酸性与丙烯齐聚反应产物分布以及反应路径的关联。研究表明，低硅铝比的HZSM-5分子筛，酸性密度大，有助于丙烯齐聚反应的发生，反应产物主要为烯烃；而高硅铝比HZSM-5催化剂更有利于丙烯及丙烯齐聚初级烯烃产物的进一步环化、芳构化以及氢转移等反应的发生，产物分布范围扩大，包含烯烃、环烷烃芳烃以及烷烃。

本工作以玉米秸秆为原料，采用卧式管式炉在400−500 ℃进行低温热解，研究了热解温度对生物炭理化性质及碱金属钾（K）迁移行为的影响。通过元素分析、红外光谱、扫描电镜及比表面积等表征手段研究了温度对热解炭理化性质的影响，结果表明，随热解温度升高，生物炭中固定碳含量增加、挥发分和含氧官能团减少，孔隙结构逐渐发育，比表面积与孔容在475 ℃达到最大值。总钾含量随温度升高而下降，其赋存形态由水溶态逐渐向有机态和残渣态转变。将热解炭与煤混合制备炭-煤-水多元浆体，发现在400−475 ℃，钾离子与羧基反应生成羧酸钾盐，减少亲水基团数量，增强颗粒疏水性，从而改善多元浆体的流动性并降低黏度；当温度升至500 ℃时，矿物质沉积导致孔隙堵塞，浆体黏度回升。进一步通过煤油对热解炭颗粒进行表面改性，可显著提升浆体成浆性能，使最大成浆浓度提高约2.6个百分点。研究揭示了玉米秸秆热解炭与煤共成浆的浆体成浆性能的构效机制，为生物质炭在水煤浆及能源体系中的高效利用提供理论依据。

酸刻蚀可以使钛硅分子筛（TS）表面富集大量羟基巢，与PtZn金属协同提升丙烷脱氢（PDH）反应的催化性能，同时为活性组分的负载提供稳定的锚定位点。基于此，本工作通过不同盐酸浓度刻蚀TS载体，并采用共浸渍法制备PtZn/TS系列双金属催化剂，研究了酸浓度对催化剂结构、表面性质及PDH反应性能的影响规律。结合XRD、EDS、Raman、UV-vis、FT-IR、XPS、H₂-TPD、TG等表征分析表明，酸刻蚀使TS载体表面形成富集的羟基巢结构，该羟基巢能作为PtZn的高效锚定位点，显著提升Pt⁰暴露程度，同时降低PDH反应能垒。本研究为设计高效PDH反应催化剂提供了可行思路。

有机相变材料（PCMs）因其优异的能量存储特性，在热管理和能源存储领域具有广泛应用。本工作综述了有机PCMs的主要类型及其性能优化策略。在热物性调控方面，介绍了通过构建共晶体系、调控分子结构及添加纳米颗粒等方式调节相变温度与潜热。在导热增强方面，总结了与零维、一维、二维及三维结构高导热材料复合的策略。还针对有机PCMs存在的过冷现象和易燃性问题，分析了相应的抑制过冷方法与阻燃改性技术。展望了有机相变材料的发展方向，随着技术的突破，有机相变材料将在能源存储和热管理等领域得到更广泛应用。

本研究通过机械混合的方法，制备出了ZSM-22-ZSM-23复合分子筛。采用XRD、SEM、TEM、NH₃-TPD、Py-FTIR及N₂吸附-脱附等方法对样品的形貌、酸性质、织构性质等进行表征，并以正十二烷为模型反应物，对比研究了其与两种单一分子筛的临氢异构催化性能。通过改变ZSM-22和ZSM-23分子筛的质量比，可以有效调节分子筛的部分织构性质和酸性质；当ZSM-22与ZSM-23质量比为4∶1时，异构十二烷的选择性较ZSM-23提高了24%，端位支链与中间位支链产物选择性之比(s_t/s_i)较ZSM-22降低了14%。结果表明，该复合分子筛结合了两种单一分子筛在织构与酸性质方面的优势，表现出更优异的临氢异构化性能，可有效调节异构十二烷中端位与中间位异构体的分布。