同步提升吸波能力、拓宽吸收带宽并降低匹配厚度对单一材料仍是重大挑战。本研究通过立式碾磨非晶FeSiBCr粉末制备出层状粉体。由于碾磨过程中的高能量，层状FeSiBCr中出现了约15 nm的α-Fe相和约3 nm的表面氧化层，由此产生多重介电弛豫、磁-介电界面及平面各向异性。源自晶态/非晶异质结构与氧化层的多重介电弛豫贡献了低介电常数与增强的介电损耗能力，而片状形貌诱导的平面各向异性与α-Fe相则提升了磁导率与磁损耗能力。低介电常数与高磁导率共同促进阻抗匹配。增强的损耗能力与良好的阻抗匹配最终实现优异吸波性能。相较于FeSiBCr片状粉体(2.6 mm厚度下RL_m为−8.99 dB，EAB为0 GHz)，层状FeSiBCr在1.8 mm厚度时展现出6.56 GHz的有效吸收带宽(EAB)，在2.0 mm厚度时获得−34.22 dB的最小反射损耗(RL_m)。此外，周期性梯度结构激发不同频率的共振形成多重共振叠加，使EAB扩展至13.18 GHz，增幅高达200.9%。该研究为设计具有晶态/非晶异质结构的层状非晶材料提供了新思路，可应用于高效微波吸收体开发。

Different solvothermal reactions of ZnC₂O₄ with oxalic acid (H₂ox) and 1, 2, 4-triazole (Htrz) successfully gave a new quaternary (NJTU-Bai83, NJTU-Bai=Nanjing Tech University Bai's group) and a new quinary (NJTU- Bai84) anionic metal-organic frameworks (MOFs), where NJTU-Bai83=(Me₂NH₂)₂[Zn₃(trz)₂(ox)₃]·2H₂O and NJTU-Bai84=(Me₂NH₂)[Zn₃(trz)₃(ox)₂]·H₂O, respectively. With the [Zn₂(ox)₄(trz)₂] secondary building unit (SBU) in NJTU- Bai83 replaced by the [Zn₃(ox)₂(trz)₆] and planar [Zn(ox)₂(trz)₂] ones in NJTU-Bai84, 2D supramolecular building layers (SBLs) are changed from the A-layer and B-layer to another A-layer, while pillars are transformed from the tetrahedral [Zn(ox)₂(trz)₂] SBU to the irregular tetrahedral [Zn(ox)₂(trz)₂] and planar [Zn(ox)₂(trz)₂] SBUs. Thus, cdq-topological quaternary NJTU-Bai83 is tuned to (4, 4, 8)-c new topological quinary NJTU-Bai84. Two MOFs were well characterized by powder X-ray diffraction, thermogravimetric analysis, elemental analysis, etc.

针对荧光分子检测普遍灵敏度低和检测范围窄的问题，制备了具有等离子激元共振特性的重掺杂半导体纳米结构Cu_2-xS和典型的稀土掺杂上转换发光纳米颗粒NaYF₄∶Yb，Er，通过三相界面自组装方法获得了Cu_2-xS/NaYF₄∶Yb，Er薄膜基底。结合有限元模拟，计算了不同摆放情况下Cu_2-xS周围的局域电场分布，研究了在实际薄膜中Cu_2-xS纳米盘之间产生的等离激元耦合对上转换发光性能以及对拉曼信号增强的影响。结果表明，Cu_2-xS等离激元层与NaYF₄∶Yb，Er发光层的耦合，不仅得到了上转换3个数量级的提高，还实现了分子检测10^-7 mol·L^-1的检测极限，并且获得了10^-3~10^-7 mol·L^-1的宽线性响应，从而达到高灵敏度的定性和定量双功能的精确检测。

进一步提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性对电动汽车的普及至关重要。三元层状正极材料因其高比容量、低温性能良好、成本较低等优势，近年来在动力电池领域备受关注。高镍化和高电压化被认为是提高三元材料能量密度的有效途径。然而，基于传统多晶三元正极的高镍化和高压化可能会显著降低材料的循环稳定性和热安全性，设计单晶三元正极材料被认为可以有效缓解高压多晶三元正极稳定性问题的可行途径。但是，单晶三元正极仍然面临着离子传输动力学受阻、非均匀荷电状态、晶格参数各向异性变化、阳离子混排、化学机械降解等挑战。因此，本文从三元正极材料的本质结构演化角度系统地分析和总结了多晶与单晶结构失效的共性问题。此外，还归纳了单晶高镍三元材料的合成工艺调控、元素掺杂、表界面改性等策略，梳理了结构设计与电化学性能之间的构效关系，并对单晶高镍三元正极材料的未来发展方向进行了展望，能够为高比能三元正极材料的开发提供理论指导。

多主元合金凭借组分间的协同作用，展现出卓越的物理化学性质，成为极具潜力的析氢反应(HER)电催化剂候选材料。然而，多主元组分结构的复杂性及系统性机器学习(ML)筛选方法的缺乏，使得电催化剂组分的最佳配比无法确定，这制约了多主元合金电催化剂的合理设计与开发。本研究通过Light Gradient Boosting模型从601种候选合金中筛选出了NbZnCo₂多主元合金作为最优候选材料，与Pt/C相比，其成本缩减了约34倍，同时HER活性更优。结合密度泛函理论(DFT)计算与实验验证，证实了ML模型的可靠性。微米级NbZnCo₂催化剂在10 mA cm⁻²电流密度下仅需20 mV超低过电位，并保持60 h的稳定运行。此外，纳米级NbZnCo₂颗粒仍保持了优异HER性能，验证了NbZnCo₂合金作为HER电催化剂的普适性。本研究构建了"机器学习-密度泛函理论-实验"框架，筛选出高性能HER电催化剂，该方法可扩展至其他电催化反应，为可持续能源转换技术提供了更广阔的应用前景。

缩短沸石材料的微孔孔道能有效提升客体分子的扩散传质性能。但目前一维L沸石(LTL)的合成中，缩短其沿一维微孔孔道方向(c轴方向)的长度至20到50 nm仍是一个挑战。本文首次在简单无机体系中通过加入纳米棒簇状L沸石作为晶种，快速(仅需4 h)合成了一种新型的L沸石介观结构晶体，且无需外加任何晶化修饰剂与模板剂。该介晶呈现出一种由超薄(约29 nm)的圆盘纳米晶沿c轴定向堆叠而成的盘簇形貌。这一独特的晶种诱导策略能够有效解耦L沸石的成核和生长阶段，为精确调控每个阶段的晶化行为以获得所需形貌结构提供了更大的操作空间。通过分析合成体系中介观尺度的晶核和微观尺度的基本构建单元衍化规律，实现了对晶种具体作用及衍化规律的解构：晶种溶解出的环笼结构加速了凝胶有序化，缩短了诱导期；而晶种溶解后的残余部分为生长期提供了密集的初始晶核，导向了新型盘簇结构的形成。通过对沸石生长条件进行调节，证实了其生长期存在蠕虫状前驱颗粒组装的行为，并实现了对盘簇中圆盘沿c轴方向厚度在18到55 nm范围内的精细调控。此外，通过选择直径为0.43到4.5 nm的系列模型分子作为吸附质，证明了该超短c轴样品在气相和液相体系大幅增强的吸附应用潜力。样品在小分子的扩散速率和大分子在气相的吸附量方面确实具有优势。在实际应用中，该样品在芳烃的吸附和分离以及染料和蛋白质的吸附方面具有一定的优势。

非晶材料的阻抗匹配与损耗能力平衡仍是获得优异微波吸收性能的重大挑战。本研究通过在FeSiBCr薄片中构建FeNi和α-Fe双纳米晶相，增强损耗能力并优化阻抗匹配。双超细纳米晶相与非晶薄片不仅提供包含自然共振、交换共振和涡流损耗的多重磁损耗能力，同时促进磁导率提升；而引入的非晶/纳米晶相异质界面带来大量缺陷和偶极子，增强了多极化损耗。此外，非晶FeSiBCr基体确保高电阻率和低介电常数。更在FeSiBCr薄片表面形成约15 nm的非晶混合氧化物层以引入界面极化。双纳米晶相、非晶FeSiBCr薄片及核壳结构共同保障了良好的阻抗匹配与增强的损耗能力，实现卓越微波吸收性能。优化后的复合材料在12.4 GHz频率、2.20 mm厚度下获得−40.62 dB的最小反射损耗，1.90 mm厚度时有效吸收带宽达6.40 GHz (覆盖11.44–17.84 GHz)。通过周期性多层结构设计，更可将吸收带宽扩展至12.68 GHz，提升幅度达198.1%。雷达散射截面仿真进一步验证了其在实际场景中的优异隐身性能。

析氧反应(OER)是电解水的关键反应之一。因此，高效的析氧反应电催化剂对水的分解至关重要。本研究工作基于泡沫镍(NF)基底，成功构筑了新型FeCoCrMnBS高熵氢氧化物(HEH)催化剂。FeCoCrMnBS HEH具有由大量非晶结构的超薄纳米片构成的多孔形态。获得的FeCoCrMnBS/NF电极在碱性介质中表现出优异的OER电催化活性，在100 mA∙cm⁻²下只需要290 mV的过电位。此外，该催化剂在10 mA∙cm⁻²下显示出超过120 h的耐久性。增强的催化性能受益于独特的非晶结构以及B与S之间的正协同作用。该协同作用能够促进了硫酸盐的形成，从而削弱了OER中间体在催化剂表面的吸附。本研究为设计高效的OER电催化剂提供了一种新的设计策略。

在碱性析氢反应(HER)中，Volmer步骤(H₂O + e^– → H* + OH^–)的缓慢动力学以及海水中的腐蚀性氯离子，对高效海水电解构成了双重挑战。本文通过一步电沉积法合成了MoNi₄合金/非晶态NiMoO_x(MoNi₄/NiMoO_x)催化剂，在10 mA cm^–2下仅需28 mV的过电位，并在碱性天然海水中于500 mA cm^–2下稳定运行800 h。该电极可放大至15 cm × 15 cm，其切割片(110 cm²)在工业电解槽中于2 A cm^–2下稳定工作750 h。X射线光电子能谱(XPS)和X射线吸收精细结构(XAFS)分析表明，MoNi₄/NiMoO_x通过从MoNi₄到NiMoO_x的电子转移，生成了富含电子的低价Ni^δ+(0 < δ < 1)物种。原位拉曼光谱、Bode相分析和局部pH测量证明，MoNi₄/NiMoO_x中的这种界面电子效应通过促进界面水分解加速了Volmer决速步骤，并维持了热力学上更有利于HER的较低局部pH值。理论计算显示，MoNi₄/NiMoO_x的d带中心更接近费米能级，提供了更强的H*吸附，近乎热中性的Volmer解离步骤以及固有的Cl^–排斥作用，从而实现了在海水中的良好稳定性。该策略为直接海水电解提供了一条简单且可放大的高性能非贵金属催化剂制备途径。

三元复合驱采出水(ASP-PW)处理的油水分离问题已经成为了三元复合驱技术推广的技术瓶颈。本文采用超声波强化聚合氯化铝(PAC)协同处理ASP-PW的方法，大大提高了油水分离效果。通过实验研究发现，在超声频率40 kHz、超声时长为60 min时，乳化油滴粒径由349 nm增大到3639 nm，表明了超声对乳化油滴起到了一定的凝聚作用；当超声与PAC协同处理ASP-PW时，在超声时长为60 min、加药量为850 mg∙L⁻¹，并于40 °C恒温水浴中沉降30 min，其除油率高达95.82%，远高于相同条件下单独使用超声的除油率(86.12%)和PAC的除油率(90.87%)，协同作用效果显著。实验内容接地气，是科教融合的重要体现，实验方法遵循绿色可持续发展的理念，实验过程锻炼了学生自主探究能力。该实验从问题调研、方案设计到结果的获取均凸显出团队协作的关键作用，本实验也为ASP-PW的处理提供新的方向。