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。

在镍钴铝酸锂正极材料Li[Ni_0.8Co_0.15Al_0.05]O₂(NCA)制备过程中表面遗留的碱性物质会严重影响其循环稳定性能，针对这一难题，提出使用Y(PO₃)₃对其进行表面包覆改性，利用Y(PO₃)₃与表面残留的LiOH反应消除表面残碱，并探讨包覆改性对NCA整体性能的影响机制。测试分析结果表明，在低温煅烧过程中前驱体表面会形成均匀致密的Y(PO₃)₃和LiPO₃包覆层，LiPO₃有较高的离子电导率，双包覆层能够防止活性物质在电化学循环过程中与电解液相互接触时发生有害副反应，提高电极材料的循环稳定性。其中Y(PO₃)₃包覆量(质量分数)为1%的样品在0.1C下的首次库仑效率从未改性样品的78.65%提高到88.50%，在1C下循环150圈后容量保持率从59.38%提高到85.33%，相比于未改性样品具有更高的首次库仑效率和更优异的循环性能。

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。

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。

设计了不同晶粒尺寸的Ni纳米粒子催化剂及其制备生物燃料的综合化学实验。通过常规浸渍法制备了Ni/CeO₂、Ni/CeO₂-SiO₂和Ni/SiO₂三种纳米催化材料，借助X射线粉末衍射(XRD)，X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)等对其进行了物理化学性质表征。通过参与催化剂合成、结构表征及其性能评价的全链条科研基本训练过程，不仅能够培养学生的综合实验技能，还能提升其科研素养，启发学生发现物质结构与性能之间内在规律，激发学生对探索未知科学领域的兴趣。该实验以“能源危机”为话题开展课程思政，加强学生对我国能源与环境危机现状的认识，引导学生从自我做起爱护环境。

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.

锂金属电池的循环稳定性和倍率能力受制于多个因素，如阳极/阴极电解液界面的品质和电解液溶剂化特性。在该工作中，我们提出了阴离子受体电解液添加剂策略，通过六氟苯添加剂对Li⁺溶剂化结构进行调控，实现了PF₆⁻的稳定性并提高了电解液的导电性，优化了阳极/阴极电解液界面中间相的组分/结构特征，有效抑制了锂枝晶的生长和提升了阴极表面的Li⁺传输，Li||Li对称电池在1 mA∙cm⁻²的电流密度下实现超过400 h的稳定循环，并且Li||NCM811电池在200 mA∙g⁻¹的电流密度下经过100次循环后的容量保持率达到75%。

采用固相烧结法制备了Li₄GeO₄、Li₆Ge₂O₇、Li₂GeO₃和Li₂Ge₂O₅四种Li₂O-GeO₂二元系晶体，并通过原位高温拉曼光谱技术结合理论计算的方法对晶态到熔态的结构演变过程以及熔体微结构进行定性和定量分析。研究表明：Li₄GeO₄、Li₆Ge₂O₇和Li₂GeO₃熔体分别由[GeO₄]^4-、[Ge₂O₇]^6-、[GeO₃]^2-和Li⁺构成，而Li₂Ge₂O₅晶体在升温至熔融状态过程中由[GeO₄]^4-四面体形成的三维网络结构逐渐向更小的[Ge₃O₉]^6-三元环递变。另外，通过量子化学从头计算法对团簇结构单元进行了设计、优化和计算，并将理论计算模拟与实验相结合，提出了一种校正熔体实验拉曼光谱的新方法。我们通过引入精细结构概念并利用高斯函数对拉曼光谱中[GeO₄]^4-四面体非桥氧的伸缩振动包络峰进行了分峰解谱，得到了这4种晶体在熔融状态下的不同结构(Q_i，i表示每个[GeO₄]^4-四面体中桥氧的个数，i=0~4)单元含量的定量分布。

用简单的共沉淀法制备了Co掺杂的Ni (OH)₂，通过Co/Ni的协同作用改善了材料的电化学性能。Co原子掺杂改善了材料形貌，暴露了更多的缺陷位，提高了材料的电化学活性。同时第一性原理计算表明，Co掺杂也改变了Ni的电子云分布，提高了材料的电荷传输和离子扩散性能。得益于适宜的Co掺杂量，Ni_0.84Co_0.16(OH)₂在1 A·g^-1的电流密度下质量比容量高达1 589.6 F·g^-1，同时组装后的非对称超级电容器在功率密度为21.33 kW·kg^-1时仍具有8.30 Wh·kg^-1的能量密度，显示出了良好的储能性能和循环性能。