碳捕集技术是实现“双碳”目标的重要途径。高温工业源CO₂的捕集更宜使用钙基吸收剂。本文立足“双碳”背景，将碳捕集前沿技术融入仪器分析实验课程，开发了蛋壳源CaO的制备、表征及其碳捕集性能的设计性综合实验。选择高钙废弃物鸡蛋壳为原料，采用醋酸处理得到醋酸钙，再经高温煅烧制备了具有较好碳捕集性能的CaO;利用EDTA配位滴定、扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱和热重分析等多种分析手段，测试了CaO的纯度、形貌、结构及其对CO₂的捕集性能。本实验采用项目式教学方式，引导学生自行设计实验方案并进行实践和总结，不仅锻炼了学生综合运用专业知识解决实际问题的能力，而且培养了学生的科研素养和团队合作精神。

采用生动的拟人化叙事，讲述了金属锇原子(“小锇”)从构成有毒化合物四氧化锇到转变为功能性“金属核轮烯”分子的奇幻旅程。故事中，小锇在造成生态破坏后深感愧疚，决心改变，并在一位“分子魔法师”的引导下，成功被改造成“金属核轮烯”。魔法师通过二茂铁、二苯铬、格氏试剂等经典案例，深入浅出地阐释了夹心型、半夹心型等金属轮烯的多样性及其广泛应用。最终，小锇通过创新的“共轭碳链成环”法，被构筑成一个结构独特、性质稳定且具广泛应用前景的新型分子，展现了从基础研究到应用创新的科学思维过程。这则故事不仅是一篇有趣的科普童话，更是一堂融汇了化学史、键合理论和材料科学的启蒙课。

由于异质材料的结构较为复杂，通过调控其极化效应来优化介电性能仍具有挑战性。本研究通过分子接枝诱导偶极子重新取向，实现了对界面极化强度的精准调控。实验证明，这些偶极子的取向可以有效调节界面极化：–CF₃基团增强了电荷转移和极化损耗，而–NH₂基团则抑制这些效应。经–CF₃修饰优化的MXene/ZnO复合材料最小反射损耗达到−66.7 dB，有效吸收带宽为5.05 GHz，表现出了卓越的电磁波吸收性能。该工作通过界面偶极子工程展示了一种精确调控电磁参数的新策略，为先进吸波材料的设计提供了新思路。

缺陷调控是开发新型吸收材料的关键。如何精确控制缺陷的浓度和数量以优化材料的损耗机制仍然是一项重大挑战。传统吸收材料的吸收频率与谐振频率不匹配，限制了其吸收性能。为解决这些问题，本文通过磷掺杂和硫空位缺陷的协同作用，成功调控了CoMn纳米片的偶极子和载流子浓度，显著提高了材料的电磁波吸收性能。实验结果表明，优化后的复合材料在厚度分别为2.0 mm和2.2 mm时，实现了−52.19 dB的最小反射损耗(RL_min)和5.52 GHz的最大有效吸收带宽(EAB_max)。磷掺杂和硫空位缺陷的引入不仅增加了活性位点，而且通过异质界面和晶格畸变丰富了损耗机制。本研究不仅提供了一种制备新型电磁波吸收材料的简便方法，而且为过渡金属二硫化物缺陷调控提供了一种新策略。

材料掺杂与缺陷工程是调控电磁波吸收性能的两种有效策略。本研究针对碳化硅(SiC)纳米线存在的阻抗匹配失配与吸波能力较差的问题，通过水热合成结合一步煅烧法，成功将氧化钴(Co₃O₄)纳米颗粒锚定在SiC纳米线表面。随后通过二次水热策略及后续还原处理，将合成的Co₃O₄分别转化为SiC@CoSe₂和SiC@CoSe_2−x复合材料，使SiC@CoSe_2−x纳米复合材料展现出优异的电磁波吸收性能。在导电损耗、极化损耗与磁损耗的协同作用下，优化后的纳米复合材料在1.9 mm厚度处取得−50.23 dB的最小反射损耗(RL_min)，并在2.03 mm厚度下实现7.84 GHz的有效吸收带宽(EAB)，覆盖部分X波段及整个Ku波段。通过系统阐释电磁衰减机制，揭示了CoSe₂基纳米材料在电磁波吸收应用中的广阔前景。

定向电荷转移是调控光生载流子分离动力学的一种极具吸引力的策略。本文通过在SnNb₂O₆纳米片上原位生长C₃N₅纳米棒，设计一种具有强内建电场(IEF)和偶极场(DF)的新型2D/1D SnNb₂O₆/富氮C₃N₅ S型异质结。通过构筑S型异质结，在界面处产生IEF，促进电荷从SnNb₂O₆向C₃N₅的定向迁移。与此同时，C₃N₅中的DF提供一种驱动力，将光生电子定向转移至活性位点。通过IEF和DF的协同效应，SnNb₂O₆/C₃N₅异质结实现了快速的定向电子转移，从而显著提高了电荷分离效率。研究结果表明，SnNb₂O₆/C₃N₅异质结的最佳产氢速率高达1090.0 μmol∙g⁻¹·h⁻¹ (反应过程中持续释放H₂气泡)，分别是SnNb₂O₆和C₃N₅的38.8和10.7倍。此外，SnNb₂O₆/C₃N₅异质结在去除罗丹明B、四环素和Cr(Ⅵ)方面也表现出优异的光催化性能。通过电子顺磁共振(EPR)、时间分辨光致发光光谱(TPRL)和密度泛函理论(DFT)计算，本文系统探讨了SnNb₂O₆/C₃N₅异质结的定向电荷转移机制。这项研究为开发高效异质结光催化剂提供了一种可行的方法。