本实验设计合成了铜-焦脱镁叶绿酸a甲酯(Cu-MPPa)，用于活性氧(ROS)介导的癌症治疗和消耗谷胱甘肽，并通过类Fenton反应循环产氧维持细胞内高浓度氧。实验过程中考察了Cu-MPPa的活性氧产生能力、氧气产生能力和谷胱甘肽消耗能力等性能。所合成中间体的结构用质谱进行了表征。这个实验综合了有机化学合成、仪器分析化学和生物化学实验，要求由三名学生组成实验小组，大约需要24学时，旨在培养学生综合创新能力、解决复杂问题能力和培养团队合作精神。

光动力疗法(PDT)作为一种美国食品药品监督管理局(FDA)批准的治疗手段，在肿瘤治疗领域取得了显著进展。然而，传统的PDT由于活性氧(ROS)的瞬时性、过度的光毒性以及诱导经典凋亡的特性，可能导致预后效果较差。本研究利用带正电荷的碳点光敏剂(PCDs)与新吲哚菁绿(IR820)之间的静电相互作用构建了一种纳米工程化碳点(NCDs)。通过调控IR820的引入比例，可改变NCDs的表面电荷与两亲性特征，从而优化其细胞膜锚定能力。此外，IR820的J聚集导致其荧光从NIR-Ⅰ区红移到NIR-Ⅱ区，从而实现NIR-Ⅱ成像。值得注意的是，IR820对PCDs的光活性具有淬灭作用，因此，NCDs的PDT效应依赖于750 nm激光照射下IR820的光漂白和577 nm激光照射下PCDs的光动力。最终，体外与体内实验均表明，在级联激光照射下，膜靶向的NCDs可以有效增强肿瘤细胞焦亡，从而以最小副作用实现肿瘤清除，同时激活免疫响应以抑制肿瘤的肺转移。本研究开发了一种多功能的纳米工程化碳点，提供了一种可控性强、治疗效果好以及安全性高的肿瘤光动力免疫治疗新策略，展现出良好的临床应用前景。

通过浸渍法制备了N、Mn改性半焦活性炭(SC)催化剂N_xMn_y-SC(x∶y为N和Mn的质量比)，并用于催化臭氧(O₃)氧化降解水中的盐酸四环素(TC)。结果表明，Mn的负载量与材料表面Mn含量及结构无序度呈正相关，其中N与Mn的质量比为1∶3时制备的N₁Mn₃-SC表现出最优催化性能。提高催化剂投加量、O₃流速和反应温度均有助于提升TC降解率，而高的初始TC质量浓度则会抑制降解效果，溶液pH的影响呈现随pH升高先促进后抑制的趋势，并于pH=7时达到最佳降解效果。在催化剂用量为200 mg·L^-1、TC质量浓度为30 mg·L^-1、pH=7、25 ℃、O₃流速为30 mL·min^-1的最优条件下，N₁Mn₃-SC可在20 min内实现93.46%的TC降解率，一级反应速率常数达0.138 2 min^-1，显著高于SC(0.080 1 min^-1)。水中腐殖酸(HA)、HCO₃^-和Cl^-会竞争消耗羟基自由基(·OH)，轻微抑制反应进程。该催化剂经5次循环使用后仍保持84.13%的降解率，但比表面积下降至21 m²·g^-1，表面Mn、N及含氧官能团含量减少，缺陷与石墨化拉曼峰强度的比值(I_D/I_G)降低至0.983，表明其结构有序度有所上升。自由基猝灭实验证实·OH、超氧自由基(·O₂^-)和单线态氧(¹O₂)共同参与催化过程，其中¹O₂作用尤为关键。中间产物分析表明，TC主要通过脱烷基、脱酰胺等途径分解，最终矿化为CO₂和H₂O。

有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其优异的光伏性能(PCE)和简单的制备工艺而受到广泛关注。然而，界面处的电荷复合是制约PSCs光电转换效率进一步提高的关键因素。本文基于旋涂镀膜法利用室温合成的六氯锡酸铵(AH)晶体对钙钛矿薄膜(PSK)和电子传输层之间的界面进行修饰。AH是一种无机锡基钙钛矿材料，可以钝化PSK中的缺陷，建立更好的晶格匹配，从而提高PSK的质量和结晶度。开尔文探针力显微镜结果证实，AH促进了光生电子的定向迁移。飞秒瞬态吸收光谱结果说明AH有效缩短了电子抽取寿命，促进了界面电子转移。基于AH改性的优点，AH修饰的PSCs具有更高的PCE和更小的迟滞效应。

通过光催化将CO₂转化为高附加值碳氢化合物在可持续能源领域具有巨大潜力，但实现高活性和选择性仍然具有挑战性。本文中，一种新型的TiO₂/CdS异质结光催化剂在光催化CO₂还原中表现出优异的性能。优化后的催化剂的CH₄产率比纯TiO₂提高了4.2倍，且对CH₄的选择性高达65.4% (CO为34.6%)。其增强的活性源于独特的形貌，促进了CO₂的吸附和传质，以及CdS与TiO₂之间形成紧密的S型异质结，这提高了电荷分离效率，同时保持了强氧化还原电位。并且，飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)与原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)相结合，为光催化二氧化碳还原路径提供了直接证据，并确定了CdS上的硫位点是稳定*CH₃O、*CHO和*CO中间体的关键，从而促进选择性生成CH₄。此外，基于密度泛函理论(DFT)的理论计算进一步补充了实验结果。计算证实了S型异质结的电子结构特征，揭示了原子尺度上的能级和电荷转移机制。这不仅加深了我们对光催化过程的理解，还为进一步优化光催化剂设计提供了理论基础。总体而言，我们的工作展示了TiO₂/CdS异质结光催化剂在光催化CO₂还原中的优异性能。

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。

光催化合成过氧化氢(H₂O₂)是一种至关重要的清洁能源转化过程，涉及对氧气的两电子还原。然而，这一过程常常受限于缓慢的水氧化反应，后者需要光生空穴的参与。为了应对此挑战，我们设计了一种双功能的S型ZnO/CdIn₂S₄异质结体系，将H₂O₂生成与增值的苄胺(BA)氧化反应进行耦合。在此双功能光催化系统中，CdIn₂S₄中的光生电子可以高效地还原O₂生成H₂O₂，而ZnO中的光生空穴则选择性地将BA氧化为N-亚苄基苄胺。得益于S型异质结的优势，相比于纯ZnO或CdIn₂S₄，优化后的ZnO/CdIn₂S₄光催化剂展示出显著更高的H₂O₂生成速率(386 μmol·L⁻¹·h⁻¹)和BA转化率(81%)。飞秒瞬态吸收光谱(fs-TA)结果说明，ZnO/CdIn₂S₄复合材料在光的激发下，在ZnO导带(CB)和CdIn₂S₄价带(VB)之间发生超快S型电子转移。此外，ZnO的VB空穴和CdIn₂S₄的CB电子的及时消耗，有助于加速ZnO/CdIn₂S₄ S型异质结界面中的电荷转移。本文中ZnO/CdIn₂S₄ S型光催化体系的创新设计为高效的双功能异质结光催化系统的开发提供了新的思路，并引入了一种利用fs-TA光谱研究S型异质结的新方法。

本研究整合Bohrium云计算平台和国产开源软件ABACUS，构建了一种创新的混合式教学模式，并将其应用于天津大学“新能源材料与化学”课程。课程设计结合理论与实践，涵盖自洽计算、结构优化、电子态密度、能带结构和声子特征等内容。其中，云计算平台的引入显著降低了操作难度，提高了课堂互动性，同时激发了学生的自主学习与创新思维。该教学方法有效提升了教学质量，为培养具有国际视野和创新能力的化学专业人才提供了新的思路。