发光寿命是光化学的重要概念，也是体现发光材料性质的一项重要参数。尽管发光材料在人类生产生活、军事及航空航天领域有广泛的应用，但是普通大众对于“发光寿命有长有短”这一科学概念并没有清晰的认识。本项目以生活中的光为切入点，以发光寿命在人眼可识别范围内(>100 ms)的长余辉材料作为展示媒介。通过探究三聚氰胺与苯二甲酸在水介质中的自组装，设计并合成了一类寿命长、亮度高的有机长余辉材料，因其合成方法简单、原料便宜易得、实验现象明显且重现性高，非常适合作为科普主题；同时在日常生活中探寻发光现象，创新设计趣味动画、“光绘涂鸦”等新型科普模式，寓教于乐、寓教于做，点燃人们探究化学世界的热情；借助Bilibili、抖音等网络平台广泛宣传，拓宽化学知识的普及范围。针对具有不同年龄和知识结构对象群体的特点和需求，科普内容设立了多个独立互动模块，“量体裁衣”，力求获得“覆盖面广、接受度高”的效果，让发光寿命真正贴近生活、走向大众。

以硼酸与苯甲酸(BZA)为原材料，通过一步热解法合成了B掺杂的长余辉室温磷光碳量子点(B-CQDs-BZA)。采用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外可见(UV-Vis)吸收光谱与荧光/磷光发射光谱对B-CQDs- BZA的形貌、结构及发光性能进行表征。结果显示，合成的B-CQDs-BZA主要是由无定形碳构成的尺寸介于2.0~4.5 nm之间的零维碳量子点。B-CQDs-BZA经254与302 nm的紫外光照射后，可呈现出长达20 s的蓝色室温磷光，经测试其磷光寿命长达2.09 s。该方法简单、快速且具有普遍适用性，使用多种原材料均可合成长余辉室温磷光CQDs。基于B-CQDs-BZA卓越的室温磷光发光寿命，我们将B-CQDs-BZA成功应用于时间分辨防伪技术。另外，根据水分子对B-CQDs-BZA的猝灭效应，将其制作成湿度试纸，用来检测环境空气的湿度。

Crystalline@amorphous NiCo₂S₄@MoS₂ (v-NCS@MS) nanostructures were designed and constructed via an ethylene glycol-induced strategy with hydrothermal synthesis and solvothermal method, which simultaneously realized the defect regulation of crystal NiCo₂S₄ in the core. Taking advantage of the flexible protection of an amor-phous shell and the high capacity of a conductive core with defects, the v-NCS@MS electrode exhibited high specific capacity (1 034 mAh·g^-1 at 1 A·g^-1) and outstanding rate capability. Moreover, a hybrid supercapacitor was assembled with v-NCS@MS as cathode and activated carbon (AC) as anode, which can achieve remarkably high specific energy of 111 Wh·kg^-1 at a specific power of 219 W·kg^-1 and outstanding capacity retention of 80.5% after 15 000 cycling at different current densities.

通过溶剂热并辅以硫化法制备了金属有机骨架(MOF)基镍钴双金属硫化物微球，并通过高温热解有机碳源盐酸多巴胺制备了痕量氮掺杂碳包覆(NC)的Ni-Co-S@NC钠离子电池负极材料。这种改性能够有效提高电极材料的导电性以及结构和界面的稳定性，从而提高材料的循环稳定性。其中表面包覆约5 nm碳层的Ni-Co-S@NC-0.5微球具有出色的长循环寿命，其在1A·g^-1下循环1 000圈后，仍有381.8 mAh·g^-1的放电比容量和75.2%的容量保持率，相应地每圈循环的容量衰减量仅为0.126mAh·g^-1；Ni-Co-S@NC-0.5||NVP/C (NVP：Na₃V₂(PO₄)₃)钠离子全电池在1 A·g^-1下经过100次循环后，可逆放电比容量为386.2mAh·g^-1，容量保持率为88.6%，库仑效率稳定在98.1%左右。动力学研究表明，Ni-Co-S@NC-0.5的储钠过程以赝电容行为控制为主，钠离子扩散系数在10^-11~10^-13 cm²·s^-1之间，同时具有相对小的电荷转移阻抗(36.7 Ω)。

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。