超大硅胺基取代的低价锗化合物可以构建新颖的化学结构，提供有学术价值的新发现。二配位的超大硅胺基氯锗宾Ge(N(SiⁱPr₃)₂)Cl (1)具有空的4p轨道和孤电子对。针对这2个特点，研究了化合物1的热构型转换和菲醌氧化加成反应。1的温热分解生成了立方四锗卡宾Ge₄(NSiⁱPr₃)₄ (2)，与菲醌(L)定量氧化加成生成了胺基一氯菲二酚合锗(IV)：[Ge(N(SiⁱPr₃)₂)(L)Cl] (3)。表征了2个产物的单晶结构与组成。四锗卡宾2本质上是锗异腈的四聚体，分子呈现出畸变的立方体构型，4个Ge原子和4个N原子构成了中心立方体的8个顶点。其中Ge—N键长为0.203 6(3) nm，N—Ge—N与Ge—N—Ge的键角分别为85.51(18)°和94.32(16)°，立方体的侧面接近平行四边形。理论计算首次揭示了四锗卡宾2的成键面貌。自然键轨道(NBO)给出Ge₄N₄骨架上的20个分子轨道。轨道定域化的计算结果完好地呈现出4对Ge孤对电子、12个Ge—N键和4个Si—N键的定域轨道，能量分别为-12.22、-15.12和-20.12 eV。Ge孤对电子主要保留了4s电子的特性，而Ge—N键主要由N的2s轨道(18.4%)和2p轨道(71.3%)、Ge的4s轨道(0.75%)和4p轨道(9.43%)综合贡献形成。在化合物3的分子中，Ge^Ⅳ采取sp³杂化，由于空间位阻与非对称配位，与另外4个配位原子形成非对称四面体构型。

超大体积且稳固的单齿胺基配体在发展低配位的过渡金属配合物时能够提供良好的动力学保护，阻止低聚反应发生。本研究中，利用了硅基胺和氨基钠的反应首次合成了超大体积的六异丙基二硅基胺基钠(2)，表征了它分别与四氢呋喃(THF)和甲苯(Tol)形成的2例配合物2-THF和2-Tol的晶体结构。然后通过2-THF与过渡金属卤化物FeCl₂、CrCl₂的脱盐反应，合成了二胺基铁[Fe(Ⅱ)(N(SiⁱPr₃)₂)₂] (3)和二胺基二氯合二铬[Cr(Ⅱ)(N(SiⁱPr₃)₂)Cl]₂ (4)。由于超大胺基的空间位阻效应，配合物3呈现近乎直线构型，其N—Fe—N键角为178.10°。配合物4是单胺基一氯化铬(Ⅱ)的二聚体，三配位的Cr(Ⅱ)通过2个桥联Cl^-形成{Cr₂Cl₂}的菱形二聚体核心。为了合理描述过渡金属低配位构型的电子强关联体系，使用改进的多参考态方法(iCAS)计算了3和4的分子轨道。结果表明，3的成键贡献主要来自2个Fe—N的σ键，且Fe(+1.03)和N(-1.21)所带电荷数确认了较强的离子性配键特征，Fe—N之间的π成键不明显。五重态高自旋的Fe具有1个双占据轨道和4个单电子轨道，源自3d轨道。4的6个满电子分子轨道对应2组Cr—N的σ成键、2组Cl上的p型孤对和2组N上的p型孤对。2个Cr(Ⅱ)拥有8个能量较高的d电子，分别成单占据，其中1个活性轨道显示出Cr…Cr的相互作用。

提高电池隔膜的热稳定性、化学稳定性和力学强度，可以避免电池发生热失控等安全事故，对于提高电池的安全性能具有至关重要的作用。聚酰亚胺(Polyimide，PI)热稳定性优异、化学稳定性好、力学强度高，是电池隔膜材料的理想选择之一。本文研究了一种具有高温自闭孔性质的热塑性PI多孔薄膜的制备方法，通过将聚酰胺酸与有机碱三乙胺(Triethylamine，TEA)成盐，经热酰亚胺化后释放出TEA，原位成孔制备出具有高强度的PI多孔薄膜。通过红外，扫描电镜，力学性能表征等手段研究了PI多孔薄膜的成孔机理，微观形貌及影响因素，受热自闭孔历程，构效关系。研究结果表明：PI薄膜在热酰亚胺化过程中TEA脱除原位形成孔洞结构，孔洞的尺寸可以通过TEA的含量进行调控。该PI多孔薄膜具有热闭孔特性，且在闭孔前、后均呈现出优异的力学强度(~120 MPa)。本文采用原位成孔法构筑了具有优异热稳定性、高力学强度的PI多孔薄膜，该PI多孔薄膜在高温时可自闭孔，隔绝物质、热量的传输，有望为电池提供更有力的安全保障。

设计与构建兼具高效光生载流子分离能力和强氧化/还原能力的双功能S型异质结光催化剂，在能源转换与环境净化的光催化应用中具有重要实践价值。本研究通过静电纺丝与水热法系统设计合成了一系列新型x% CoWO₄/CdIn₂S₄复合材料(x%代表CWO与CIS的质量比；x = 10, 20, 30, 40, 50)。通过可见光下甲醛降解与产氢实验评估其光催化性能。最优的30% CWO/CIS异质结展现出865.14 μmol g⁻¹ h⁻¹的卓越产氢性能(420 nm处表观量子效率AQE = 3.6%)，并在1 h内实现69%的甲醛去除率。基于原位红外光谱技术解析了甲醛降解路径。优异的催化性能主要归因于可见光吸收增强、活性位点数量增加及S型异质结的构建。通过原位XPS、电子自旋共振测试、自由基捕获实验及密度泛函理论(DFT)计算，证实了CWO/CIS体系的S型电荷转移机制。该研究为系统性开发兼具气体污染物去除与产氢功能的双功能S型异质结提供了重要见解。

共价有机框架材料(COFs)因其结构可精确调控且具有高比表面积，被认为是极具前景的过氧化氢(H₂O₂)光催化合成材料。然而，pH值对COFs在光催化合成H₂O₂过程中稳定性的关键影响尚不明确。本研究通过简单质子化策略显著提升了亚胺连接型COF的光催化H₂O₂合成性能。值得注意的是，质子化COF在弱酸性条件(pH ≥ 3)下表现出优异的稳定性，但在强酸性条件(pH < 3)下会发生不可逆水解。质子化过程发生在亚胺单元的氮原子上，具有双重功能：抑制超快电荷复合(由飞秒瞬态吸收光谱证实)以及直接为H₂O₂生成提供质子源。此外，在光催化体系中引入氟离子(F⁻)可进一步提高H₂O₂产率，F⁻的强电负性促进了电子从COF向F⁻转移，从而实现光生载流子的空间分离。机理研究证实H₂O₂通过双电子氧还原反应路径生成。这些发现阐明了质子化COFs的pH依赖性稳定性与活性，为载流子转移动力学提供了思路，并为开发高效稳定的COF基光催化剂用于太阳能驱动H₂O₂合成确立了设计原则。

最近，电子自旋极化作为抑制光生电荷快速复合的一种策略受到了广泛的关注。然而，自旋极化调控主要关注于单个光催化材料，光生电荷分离的效率依然有待进一步提高。于此，本文构建了ZnFe_1.2Co_0.8O₄(ZFCO)/BiVO₄(BVO)异质结，通过S型异质结和自旋极化作用协同促进光生电荷分离，在外部磁场下进一步促进了光催化去除有机物污染物的性能。实验结果表明，在光照下，ZB-1.5 (ZFCO : BVO = 3 : 2)表现出最佳性能，四环素(TC)降解的反应速率常数(k)为0.0146 min⁻¹。在光照和磁场条件下，ZB-1.5的TC降解反应速率常数(k)为0.0175 min⁻¹，其光催化性能得到了进一步提升。研究表明这是由于电子自旋极化和S型电荷分离机制协同促进了光生电荷分离。DFT计算表明，ZFCO在费米能级附近出现了明显的自旋极化现象。光致发光光谱(PL)表明，S型异质结提高了电荷分离效率。此外，评估了可能的降解路径和毒性，表明成功实现了脱毒。这项工作为利用S型异质结开发具有高效光生电荷分离的光催化剂提供了一种研究思路。

增强S型异质结光催化剂中的内建电场(IEF)的强度对于解决环境问题具有独特的优势。于此，本文通过水热法成功制备了BiVO₄/WO_3-x S型异质结光热催化材料，并通过在可见光照射下同时降解四环素(TC)和六价铬(Cr(Ⅵ))系统地研究了BiVO₄/WO_3-x的催化活性。实验结果表明，在单一污染物的降解中，BiVO₄/WO_3-x相较于两种单质材料表现出明显增强的催化活性：在可见光照射60 min后，对TC和Cr(Ⅵ)的降解效率分别达到了78.5%和85.3%。同时，复合材料在TC和Cr(Ⅵ)的混合体系中的协同光催化活性得到了提高，Cr(Ⅵ)和TC的去除能力分别提高了1.29倍和1.32倍。红外热成像仪的分析结果表明了WO_3-x的光热效应可以提高反应体系的温度。DFT计算的结果表明，氧空位的引入增强了两种材料间的费米能级差，从而促进了光生载流子的分离。利用绿豆种子的生长实验和液相色谱-质谱仪(LC-MS)的检测结果对TC的降解路径和中间产物的毒性进行了详细的分析。本研究为设计和开发用于协同去除含有Cr(Ⅵ)和TC的水体的S型光热催化材料提供了新的思路。