以提高GaN/ZnO异质结光解水制氢性能为目标，采用第一性原理方法研究了Li和Au元素掺杂GaN/ZnO异质结的电子结构、光学性质和光催化性能。电子结构计算表明GaN/ZnO异质结为直接带隙半导体，异质结类型为Z型，带隙为1.41 eV，能有效促进载流子分离。Li、Au掺杂后的各结构中除Li替位Zn结构外，均具有磁性。光学性质分析的结果表明，掺杂Li、Au元素可以提高体系的吸收系数，其中Li替位Zn后异质结具有较大的光吸收系数，同时具有较大的功函数(7.37 eV)和界面电势差(2.55 V)，表明其可见光利用率较高，界面结构稳定且具有较大的内建电场，可以更有效地促进电子与空穴的迁移从而减小电子-空穴对的结合。Bader电荷分析表明掺杂元素Li和Au均失去电子。电子从GaN层向ZnO层转移，在界面处形成了一个有效的内电场。Li替位Zn和Au同时替位近位的Ga和Zn所对应的2种结构的层与层之间转移的电子较多，说明其界面电势差较大且拥有较高的光生载流子迁移速率。光解水制氢性能分析表明，ZnO薄膜、GaN/ZnO异质结、Li替位Ga以及Li同时替位远位的Ga和Zn四种体系在pH=0时，满足光解水制氢的条件。GaN薄膜、ZnO薄膜和Li同时替位远位的Ga和Zn三种体系在pH=7时满足光解水制氢的条件。

本文围绕环境问题设计了一个综合化学实验。制备了C/Bi/Bi₂MoO₆复合材料，并对其施加直流电压进行电极化处理，通过扫描电镜和X射线粉末衍射等表征得出电极化法不影响材料的形貌和组成结构，并且能有效增强复合材料的光催化降解活性。本实验实现了化学、环境、能源与材料等多学科交叉融合，实验可操作性强且绿色环保。通过实验改进和仪器表征，激发学生的科研热情，培养创新思维和动手能力。

Bi₂Te₃钾离子电池负极存在结构不稳定性和电化学反应动力学缓慢问题。本研究在手风琴状MXene基底上生长棒状Bi₂Te₃，随后利用P掺杂制备了高性能P-Bi₂Te₃/MXene超结构。这种新型负极具有丰富的Te空位和良好的自适应特性，展现出优异的循环稳定性(在0.2 A·g⁻¹电流密度下200次循环后可逆容量为323.1 mAh·g⁻¹)和出色的倍率能力(20 A·g⁻¹时可逆容量为67.1 mAh·g⁻¹)。动力学分析和非原位表征表明，该超结构具有优异的赝电容特性、出色的K⁺离子扩散能力以及可逆的嵌入反应和转化反应机理。

利用K⁺、Cl-共掺杂来优化纳米Li₂FeSiO₄/C正极材料的结构及电化学性能，通过固相反应制备了纳米Li_2-xK_xFeSiO_4-0.5xCl_x/C (x=0、0.01、0.02)正极材料。采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线光电子能谱和恒电流充放电等对比研究了3种正极材料的微观结构特征和电化学性能。研究表明纳米Li_1.99K_0.01FeSiO_3.995Cl_0.01/C正极材料的晶面间距和晶胞体积最大，颗粒粒径最小，平均粒径为32 nm。这些特定的微观结构使其表现出最优的电化学性能。纳米Li_1.99K_0.01FeSiO_3.995Cl_0.01/C在0.1C下的首次放电比容量高达203 mAh·g^-1，在1C下充放电循环100次的容量保持率为97.72%。

Li/CrO_x电池具有高能量密度和优异的倍率性能，成为高性能一次锂电池的研究热点。而基于发展具有宽温域和高介电常数的碳酸丙烯酯(PC)电解液体系，对于开发功率高和环境耐受性强的锂一次电池具有重要的应用价值。在本工作中，我们研究了CrO_x在PC基电解液中的放电行为，筛选了适配于大电流放电的电解液体系：1 mol∙L⁻¹ LiTFSI PC : DOL (1, 3-二氧环戊烷) = 1 : 2；并揭示了在PC基电解液中影响CrO_x大电流放电的规律：Li⁺溶剂化鞘层中溶剂分子配位数以及参与配位的粒子类型，会极大地影响Li/CrO_x电池体系的倍率放电性能。低的配位数以及阴离子参与的溶剂化鞘层结构更加适配Li/CrO_x电池体系，能够实现大电流放电。这些规律的认识对于推动PC基电解液应用于大倍率Li/CrO_x电池体系具有重要指导意义。

采用2种密度泛函方法对C₆S₆Li₆储氢性能进行了理论研究。C₆S₆Li₆动力学稳定，最多可吸附38个H₂分子，储氢密度可达20.213%。C₆S₆Li₆(H₂)₃₈的平均吸附能接近温和条件下可逆吸附氢气的标准(0.1~0.8 eV)。各种波函数分析表明，C₆S₆Li₆中Li的2s→2p电子跃迁和各带电原子的电场极化共同主导了C₆S₆Li₆对H₂的范德瓦耳斯作用。热化学计算表明，在77 K下，压力为0.1、2.5、5.0 MPa时，C₆S₆Li₆分别自发吸附6、32、38个H₂分子，并且在298.15 K能够完全释放，可逆储氢密度分别为3.846%、17.582%和20.213%。原子密度矩阵传播动力学模拟表明，C₆S₆Li₆(H₂)₃₈中被吸附的H₂分子大多可以在室温下脱附，并且母体结构保持稳定，不会坍塌。二聚体(C₆S₆Li₆)₂能够吸附53个H₂分子，储氢密度为15.014%，也适合在温和条件下可逆储氢。

通过水热法制备出一系列Z型异质结Cu₂O/Bi₂MoO₆新型光催化剂。采用扫描电子显微镜、粉末X射线衍射、红外光谱、紫外可见吸收光谱等表征手段研究了催化剂的形貌、结构性质和光电化学性质，并以四环素(TC)为降解目标污染物，进一步探究了其催化效率。实验结果表明，Cu₂O的加入提高了复合催化剂的光催化性能，其中20% Cu₂O/Bi₂MoO₆复合催化剂(Cu₂O和Bi₂MoO₆的质量比为20%)降解效果最好，100 min内可降解95%的TC。Cu₂O与Bi₂MoO₆之间的协同作用使其可以吸收更多的可见光，所构建的Z型异质结改变了电子转移途径，提高了电子与空穴的分离效率，光催化活性显著提高。通过自由基捕获实验和能带结构，分析了Z型异质结Cu₂O/Bi₂MoO₆复合催化剂光催化降解TC可能的机理。

煤炭、石油和天然气等能源的不断增长消耗，不仅导致不可再生能源逐渐枯竭，还使大气中的CO₂浓度显著上升，引发严重的能源危机和气候问题。因此，我们必须开发清洁、可持续的能源转换技术，以应对不断增长的能源需求和日益严重的环境危机。受到自然界光合作用的启发，光催化CO₂转化利用太阳能驱动，可以将CO₂和水转化为高附加值的化学品。经过多年的发展，人工光合作用已被认为是一种绿色、经济、可持续的方法，有望助力实现国家的碳中和发展目标。然而，现有的光催化剂存在着载流子分离效率低和活性位点不足的问题，从而导致CO₂光还原效率较低。为了应对这些科学问题，研究人员发现将金属纳米粒子负载到半导体材料上形成欧姆结，可以产生内建电场，有助于光生电子和空穴的分离。因此，本研究通过溶剂热法在BiOCl纳米片表面负载Bi纳米粒子，构建了Bi/BiOCl欧姆结光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)分析了光催化剂的成分和微观结构。利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)研究了催化剂的光吸收性能。通过瞬态光电流响应测试、电化学阻抗谱(EIS)和电子自旋共振谱(ESR)研究了光生电子和空穴的分离能力。由于Bi纳米粒子与BiOCl的功函数不同，二者形成的欧姆结具有优异的电荷转移特性，可以显著提高光生载流子的利用效率。此外，Bi纳米粒子还可以作为助催化剂，促进惰性CO₂分子的活化。光催化测试结果显示，经过300 W氙灯照射4 h后，具有最佳活性的复合材料(Bi/BiOCl-2)将CO₂还原为CO (34.31 µmol·g^-1)和CH₄ (1.57 µmol·g^-1)的速率分别是BiOCl纳米片的2.55倍和4.76倍。同位素示踪实验证实，产物是CO₂和水分子经过光催化反应得到的。此外，根据原位傅里叶变换红外光谱(in situ FTIR)结果，发现在CO₂还原过程中形成了*CHO、*CH₃O、b-CO₃^2-、m-CO₃^2-、HCO₃^-、HCOOH、*COOH和HCOO^-等中间体，并进一步提出了可能的光催化CO₂还原机制。经过25 h的CO₂光还原反应后，CO和CH₄产量持续增加，同时结合XRD、XPS和TEM结果表明，制备的Bi/BiOCl-2材料具有良好的结构稳定性。这项研究为高效CO₂光还原催化剂的构建提供了有益的参考。

首先采用共沉淀方法制备富锂锰基正极材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂原始样品(P-LRMO)，然后通过简单的湿化学法以及低温煅烧方法对其进行不同含量Ga₂O₃原位包覆。透射电子显微镜(TEM)以及X射线光电子能谱(XPS)结果表明在P-LRMO表面成功合成了Ga₂O₃包覆层。电化学测试结果表明：含有3%Ga₂O₃的改性材料G3-LRMO具有最优的电化学性能，其在0.1C倍率(电流密度为25 mA·g^-1)下首圈充放电比容量可以达到270.1 mAh·g^-1，在5C倍率下容量仍能保持127.4 mAh·g^-1，优于未改性材料的90.7 mAh·g^-1，表现出优异的倍率性能。G3-LRMO在1C倍率下循环200圈后仍有190.7 mAh·g^-1的容量，容量保持率由未改性前的72.9%提升至85.6%，证明Ga₂O₃包覆改性能有效提升富锂锰基材料的循环稳定性。并且，G3-LRMO在1C倍率下循环100圈后，电荷转移阻抗(R_ct)为107.7 Ω，远低于未改性材料的251.5 Ω，表明Ga₂O₃包覆层能提高材料的电子传输速率。

Two alkali-metal sulfamates nonlinear optical (NLO) crystals, Li(NH₂SO₃) and Na(NH₂SO₃), have been obtained through the facile evaporation method. Li(NH₂SO₃) crystallizes in the polar space group Pca2₁ (No.29). The structure of Li(NH₂SO₃) can be described as a 3D network formed by [LiO₄]^7- polyhedral connecting with NH₂SO₃^- tetrahedra through corner-sharing. Na(NH₂SO₃) crystallizes in the polar space group P2₁2₁2₁ (No.19). The structure of Na(NH₂SO₃) can be described as a 3D network formed by distorted [NaO₆]^11- octahedral connecting with NH₂SO₃^- tetrahedra through corner-sharing. The UV-Vis-near-infrared spectra demonstrate that Li(NH₂SO₃) and Na(NH₂SO₃) possessed large optical band gaps of 5.25 and 4.81 eV, respectively. Powder second-harmonic generation (SHG) measurements demonstrate that the SHG intensity of Li(NH₂SO₃) and Na(NH₂SO₃) were 0.32 times and 0.31 times that of KH₂PO₄, respectively. First-principles calculations confirm the nonlinear optical performance mainly derived from the synergistic effect of amino sulfonate anions and alkali metal oxide anionic polyhedra.