含复杂拓扑链结构的聚合物的发展极大地丰富了高分子材料的种类与性能，而微反应技术为聚合物拓扑结构的调控提供了一个强有力的平台。本文首先对拓扑聚合物的结构性能、合成方法及微反应技术的理论基础等背景作简要介绍，然后对微反应技术在聚合物合成领域的应用作系统的阐述，重点集中于连续制备支链型聚合物的研究进展及微反应器操作相对于间歇过程的优势等。进一步地，分析了微反应器合成复杂拓扑结构聚合物的技术难点及改进方案，最后从基础研究、工程放大、产品应用等研究方向进行展望。

钠离子电池因其储量大、成本低和高安全性等优势，成为锂离子电池的有效替代品，可在一定程度上缓解锂资源短缺引发的储能电池发展受限问题。本文对钠离子电池发展现状、面临的挑战以及未来发展趋势进行梳理分析，并精选钠离子电池最新前沿综述，包括正极材料、负极材料和先进表征技术等，探讨当前钠离子电池的研究热点，为新能源材料领域技术研究提供参考。

微生物制造利用生物质和二氧化碳等可再生原料进行化学品的绿色生产，显示出了巨大的二氧化碳减排潜力，是促进实现“碳中和”目标的重要途径，其核心内容之一是高效微生物细胞工厂的设计与构建。综述了基于基因组规模代谢网络模型的代谢流分析和代谢途径预测研究进展；介绍了新型基因组编辑工具助力微生物细胞工厂的高效开发；总结了代谢调控策略用于提升细胞工厂生产能力。此外，还概述了微生物制造关键技术在第三代生物制造中的应用。最后，展望了未来微生物制造在化学品生产中的应用和发展方向。

煤是自然界中分布最广、储量最丰富的含碳资源，其分子结构与纳米碳材料具有天然的相似性，是优质的纳米碳材料前体。多年来，以煤为前体制备的各种纳米碳材料已被广泛应用于能源、信息、环境和生物医学等领域。其中，煤基零维纳米碳材料如纳米金刚石、富勒烯、碳纳米洋葱、碳点等，因其具有小的纳米尺寸、大的比表面积、独特的球形结构等，表现出优异的荧光特性、电化学性能以及催化性能等，在能源转化和存储等领域展现出极大的应用潜力。本文综述了基于煤炭及其衍生物为前驱体的各类零维纳米碳材料的制备方法和性能，并对其在照明显示、电化学储能、光/电催化等方面的应用进展进行总结，指出目前存在的问题与挑战及其解决策略，最后对其未来发展进行了展望。这为促进煤炭的高附加值转化和利用以及大规模制备煤基零维纳米碳材料提供理论和实践支持。

全固态锂电池（ASSLBs）比目前的液态锂电池具有更高的能量密度与安全性，是下一代能量存储设备的主要研究方向。相较于其他电解质，硫化物固态电解质具有超高离子电导率、硬度低、易加工、界面接触好等特性，是实现全固态电池最有希望的路线之一。然而，硫化物固态电解质与负极的界面问题，如电解质/负极界面的副反应、固-固接触性差以及锂枝晶等是制约硫化物全固态电池实际应用的重要阻碍。本文概述了目前对匹配硫化物电解质的全固态锂电池主流负极材料的研究现状，总结了金属锂、锂合金、含硅负极等基于硫化物电解质的全固态锂电池的发展现状、应用优势、界面问题及主流解决策略，并为下一步基于硫化物固态电解质的全固态锂电池负极材料的研发与界面问题的解决提供了指导性建议。

利用有限的石油资源生产高附加值化工原料（低碳烯烃与芳烃）是石油资源低碳高效利用的重要途径。基于我国的能源结构和在催化裂化领域的技术优势，重质原料油在分子筛限域催化下裂解直接制低碳烯烃与芳烃是我国炼油产业的重要发展方向。这对涉及分子筛内离散传递、吸附与反应等过程的调控和多相反应器的设计提出了挑战：(1)分子筛内大分子及芳烃的强吸附对低碳烯烃的传递造成较大的阻力，要求高剂油比及逆流接触，防止重质芳烃的优先吸附并实现低碳烯烃的深度裂解；(2)二次反应速度比一次反应快，要求毫秒级接触时间和近平推流的停留时间分布方可得到高的中间化学品收率。解决这些问题需要在催化剂及反应器两方面同时改进。在这个背景下，本文重点介绍了重质油催化裂化直接制化工品中的离散传递、反应与失活过程，以及气固多相反应工程等相关领域的进展，分析了小分子在分子筛中吸附扩散和相关主客体相互作用研究的最新工作，提出应使用具有晶面选择性的抗积炭高活性纳米分子筛和气固逆流接触的平推流反应器。最后介绍了清华大学自主研发的多级逆流下行催化裂解技术(multi-stage downer catalytic pyrolysis，MDCP^TM)——通过毫秒级平推流的多级气固并流顺重力下行反应器，级间油气与催化剂逆流接触，大大提高了乙烯、丙烯收率，并减少柴油、油浆收率。1 kg/h的全流程实验结果表明MDCP^TM单程双烯收率高达51.54%(质量分数，下同)，且汽油中单环芳烃选择性可达80.78%。以MDCP^TM为核心单元的重质油直接制化工品(heavy oil to chemicals， HOTC)工艺路线可以得到大于75%的综合化工品收率，与现有技术相比可以降低70%以上的碳排放。

纤维增强树脂复合材料(fiber-reinforced polymer composites，FRPC)具有强度高、易加工、成本低等优异性能，成为风机叶片、线路板等典型工业产品的首选结构材料。随着FRPC产量逐年增加以及工业产品退役期的来临，废弃复合材料的累积将导致严重的环境污染和能源资源浪费，亟需研发高效清洁回收技术。化学回收技术不仅能够回收高质纤维材料，而且可实现树脂定向转化为燃料和有机化学品。本文在分析复合废材组成特性以及化学回收技术的基础上，对再生产品应用、技术经济性以及环境效益进行了评价。进一步提出基于有机树脂官能团特性，在温和条件下定向解聚升级循环制备精细化学品的同时，实现纤维材料无损再生利用。

光催化CO₂还原制碳氢燃料技术由太阳能直接驱动，将CO₂转化为可直接利用的化学品，是助力碳达峰、碳中和的变革性技术。该技术的高效、低成本运行受光吸收利用、光催化剂形貌结构、界面催化反应及传质等因素影响，其内部能质传输是多时空尺度、多物理场耦合的复杂过程，需要从理论和应用两方面结合多个学科展开系统研究。梳理了光催化CO₂还原基本理论及国内外研究进展，并针对技术瓶颈从光吸收拓展与利用、光生载流子分离强化、氧化/还原半反应优化及传质强化四个优化策略指出了该技术发展方向，探讨了该技术全流程能量传递和物质转化之间的耦合匹配准则，为降低反应能耗、促进性能及产率提升甚至未来工业化大规模太阳能驱动CO₂还原应用铺垫道路。

胺法吸收CO₂是典型的气液传质和反应问题。填料塔作为化工生产中重要的气液分离设备，其填料层空隙率高的特性使得其具有传质效率高、生产能力大、操作弹性大等优点。本文主要依据填料塔持液量低、填料层压降小的流体力学性能和液泛气速高的操作特性，结合有机胺吸收CO₂的反应特点，基于传质理论，综述了操作温度、CO₂负荷与分压、惰性气体流速、液相流速和温度、有机胺种类和浓度以及填料类型对CO₂吸收过程中传质性能的影响。在后续研究中，可以从实验和模拟相结合的角度对填料塔中有机胺吸收CO₂气液传质和反应过程进行深入研究，进一步提高填料传质效率和提升溶剂吸收性能。

纳米限域空间中分子的传递是新一代化工过程的共性问题。限域空间引入界面润湿性与限域自由度，导致固体-流体受到的非对称相互作用显著，使得流体状态大幅度偏离均一主体相，经典传递理论不再适用。面向限域的传递理论的缺失，已不能满足现代化工发展的需求。本文综述本团队及前沿的限域传递研究工作，并基于统计力学与非平衡热力学方法进行分析，发现前沿研究分别涵盖三个角度：新自由度下分子间相互作用力决定流体反常状态，反常状态描述流体限域传递物性，反常传递物性描述限域传递阻力实现通量描述。针对三个角度，总结出限域传递阻力雏形，并从三个角度对限域热点工作初探分析，以限域状态为起点，将三个角度贯通是发展限域传递模型的方向，进而为现代化工发展基础数据和模型。

能源使用结构的不合理会造成资源短缺和环境破坏。在制造业大国中，工业是能源消耗最大的部门，其用能转型受到广泛关注。能满足工业用热需求的高温热泵是推动工业用能清洁化、电气化的重要一环。高温热泵的构建主要围绕循环和工质两方面展开。在循环结构方面，梳理了压缩式、吸收式、压缩-吸收混合式高温热泵，提炼出了每项研究中热泵能实现的工作温度范围，总结了不同循环结构下系统需要的热源温度及能实现的温升幅度，从热源品位和用热温度需求的角度为高温热泵循环结构的选择提供参考。在工质方面，梳理了它的演变和替代过程，根据工质特点分析了其适宜的工作温区，总结了工质的筛选原则。最后，对高温热泵的应用场景进行了展望，除用于工业过程外，还可以帮助构建卡诺电池，实现电能-热能-电能的存储与转化。

针对日益重要的清洁可持续绿氢生产技术需求，开发了一种基于太阳能，集发电和制氢于一体的高效系统。该系统由塔式太阳能发电和热能存储系统、质子交换膜(PEM)电解水系统和含有回热器的再热式蒸汽朗肯循环及含有回热器的有机朗肯循环余热回收子系统组成，可实现能量梯级利用。在Aspen Plus中建立了各子系统的模拟模型，并用Fortran语言编写太阳能定日镜场和PEM电解槽数学模型，基于非支配排序遗传算法-Ⅱ (NSGA-Ⅱ)和Aspen Plus与MATLAB软件的交互和多目标优化权衡最大㶲效率、最大日净输电量、最小氢气的平准化成本(LCOH)，实现该系统的优化。所建立的模型可以高效准确地模拟、分析和优化该集成系统。帕累托前沿表明，该系统最优的㶲效率、日净输电量和LCOH分别为52.19%、247.352 MWh/d和6.05 USD/kg；优化后，最佳氢气产能为4.796 t/d，㶲效率提高3.00%，日净输电量增加31.14%，LCOH降低4.87%。该研究对于大规模太阳能耦合发电和制氢工艺的开发具有重要的指导意义。

目前已有的CO吸收方法中，离子液体吸收法由于其独特的优势而备受关注。在本研究中，使用COSMO-RS模型以293.15 K下离子液体对CO的选择性和黏度为指标对350种离子液体进行溶剂筛选，分析了离子液体阴阳离子构型对CO选择性的影响。在此基础上，在实验室合成了离子液体并测定了其黏度随温度的变化曲线。随后通过傅里叶变换红外光谱分析表明质子型离子液体中存在有分子间氢键作用力。使用高压透明蓝宝石釜进行了相平衡实验，测定了溶解度曲线，通过实验分析气液比对分离因子的影响。实验结果表明，在293.15 K、2.1 MPa、气液比为77.75条件下，离子液体对CO/H₂的分离因子可达到109.29。最后，通过FTIR证明了离子液体的稳定性，这意味着该溶剂在工业应用中具有一定的潜力。

全球工业化的迅速发展及人口增长使得化石燃料消耗不断增加，导致二氧化碳(CO₂)排放量逐年递增，引发全球化气候问题。醇胺吸收法目前在工业CO₂捕集应用最广泛，主要以单乙醇胺、甲基二乙醇胺等水溶液为吸收剂，存在溶剂损耗大、再生能耗高等问题，开发高效低能耗的新型吸收剂是实现CO₂大规模捕集的关键。离子液体具有气体亲和性好、蒸气压低、结构性质可调等特点，其中相变离子液体体系因节能潜力大被认为是新一代CO₂吸收剂，其吸收CO₂后由均相变为互不相溶的液-液或液-固两相，再生时仅需对CO₂富相加热处理，可有效减少吸收剂再生体积，降低再生能耗。重点总结近五年相变离子液体体系在CO₂分离的研究现状和进展，对不同相变行为的液-液和液-固相变离子液体体系分类阐述和讨论，并对其发展趋势进行展望。

广阔的化学空间蕴藏着近乎无限的可能，高性能聚合物材料的设计至今仍是一项充满挑战的工作。利用实验或高通量计算广泛探索大量样本，选择其中性能较好的候选材料进行深入研究的传统试错方式，越发难以在庞大的组合序列中筛选出满足实际多项性能需求的新材料。由先进计算方法、自动化实验和大数据技术耦合形成的新型智能研发模式，突破了“经验指导实验”的传统思路，有望实现在广阔的结构与性质空间中进行聚合物材料的特性预测，逐渐成为克服各类瓶颈问题的得力助手，大大提高了高性能聚合物设计的效率。本文回顾了以往聚合物设计的困境，讨论了人工智能方法的一般思路及其在聚合物设计中的工作原理，列举了采用智能方法在高性能聚合物研发工作中取得突破性进展的典型案例，最后对当前行业发展趋势进行总结，展望了智能设计在新型聚合物研究中的规模化应用前景。

低碳烯烃生产能力是化工行业技术水平的重要标志。随着低碳烯烃市场需求的增加，新型高效的低碳烯烃生产工艺得到了广泛关注。化学链低碳烷烃氧化脱氢技术，通过载氧体中的晶格氧与反应物分子发生反应，实现烷烃分子向烯烃分子的选择性转化，可以提高烯烃产率，有效降低过程能耗和CO₂排放。本文针对化学链低碳烷烃氧化脱氢技术，深入分析了载氧体材料的筛选和理论设计、表面活性位和体相氧传输的调控机制、循环稳定性、载氧体的制备、化学链烷烃脱氢反应器和工艺设计优化等方向的研究现状和进展，并系统总结了未来化学链低碳烷烃脱氢技术及相关领域的发展趋势，为化学链烷烃脱氢领域的技术进步提供参考和借鉴。

二氧化碳转化利用技术在“双碳”目标达成方面将发挥重要作用。在各种转化利用反应途径中，因为甲醇可以作为有机合成中间体和液态燃料，二氧化碳加氢合成甲醇受到广泛关注。开发高活性、高选择性催化剂是二氧化碳加氢合成甲醇技术发展的关键。近年来，氧化铟及其负载金属催化剂因其高活性、高甲醇选择性而备受关注。氧化铟与一些金属，如金、银、铂、钯、钌、铑、铱、镍、铼等有强相互作用，不仅可以稳定氧化铟、避免氧化铟过还原，还导致催化剂电子结构、反应途径等发生变化，也使得一些本身不具CO₂加氢合成甲醇活性的金属催化剂变为高活性催化剂。CO₂加氢合成甲醇氧化铟系催化剂是通过理论研究预测后经实验证实发现的。CO₂加氢合成甲醇氧化铟及其负载金属催化剂涵盖单原子催化、团簇及纳米颗粒催化剂，是理论可预测的、难得的模型催化剂体系。相关反应途径可用于解释“催化剂”定义。CO₂加氢合成甲醇氧化铟及其负载金属催化剂研究在基础研究和应用两方面都具有重要意义。

近年来，如何有效去除水中难降解污染物成为水污染治理中的难点问题。可见光催化耦合过硫酸盐活化技术是一种新型水处理工艺，有望成为难降解污染物高效去除的新策略。该耦合技术中，可见光、催化剂及过硫酸盐三者之间的协同效应被最大限度开发与利用，极大提升了处理工艺的氧化性能。本文回顾了该工艺中常用的金属基、碳基及复合型光催化材料，分析了光催化剂类型、元素组分、表面性质对体系氧化效能及反应机理的影响；讨论了有关催化剂光学特性（光学吸收、电荷动力学和能带结构）的主要表征方法；总结了不同体系中起主要氧化作用的活性物种及其生成机制；最后综述了该工艺在处理染料、酚类、新型污染物以及细菌灭活等不同场景中的应用，并对未来研究所面临的问题提出了展望。

粉煤灰作为典型的大宗固体废弃物，其综合高效利用受到广泛关注。我国粉煤灰排放量巨大，但利用率较低，如何通过减少其对生态环境造成的破坏、对人类健康造成的威胁和提高其经济效益来实现粉煤灰资源化利用是目前研究的热点。粉煤灰的活性大小是提高粉煤灰综合利用率的关键所在，对粉煤灰进行预处理可提高其活性。本文综述了焙烧、研磨、微波、超声波、加压、真空、表面活性剂等预处理技术在粉煤灰分质高效利用工艺中的作用，重点介绍有价元素浸出分离的应用研究。通过比较不同预处理技术的应用范围和效果，指出了各种预处理技术的优缺点，为粉煤灰的有效综合利用提供合适的预处理参考方案。

锂离子电池是能源储存和利用的一项关键技术，能量密度已成为现代电池发展中的一个关键指标。硅基负极由于其较高的理论比容量，得到广泛关注，但硅基材料存在严重的体积膨胀问题。功能性添加剂对电池性能有明显的改善效果，是电解液体系不可缺少的部分，具有“用量小，见效快”的特点，通过成膜添加剂形成稳定的固态电解质界面（SEI）膜进而稳定电极电解液界面，改善硅基负极电池性能。本文总结了近年来硅基负极电解液成膜添加剂的研究进展，对成膜添加剂按照官能团或元素进行分类论述，并对多组分成膜添加剂的协同作用进行了简要阐述。最后，针对目前硅基负极电解液添加剂的研究现状进行了总结，并展望了未来的研究方向。

单原子催化剂兼备均相催化剂活性中心明确和多相催化剂易于分离等优点，被视为传统均相催化和多相催化之间的桥梁。单原子催化剂所具备的高原子利用率和独特的电子-几何结构等特性，使其在一系列重要反应中表现出相当优异的催化性能，具有较好的工业化应用前景。但目前报道的单原子催化剂的制备量级仍大多局限在克级甚至毫克级，远不能满足未来的工业应用需求。本文介绍了目前间歇式(热解法、物理混合法和气体迁移法)和连续式(前体微胶囊法、前体雾化法、光化学合成法、两段式微反应器法和电场辅助合成法)这两种大规模制备单原子催化剂的典型合成策略，可为单原子催化剂的工业化生产和应用提供借鉴。

采用不同浓度碱液处理制备了具有不同酸性质的多级孔HZSM-5分子筛，并考察其酸性能与孔结构变化对催化裂化(FCC)汽油中C₅烯烃催化裂解性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、N₂吸附脱附、氨气程序升温脱附技术(NH₃-TPD)、吡啶红外(Py-IR)和扫描电镜(SEM)等表征手段研究了HZSM-5分子筛的结构、形貌、酸性质和孔道性能。研究结果表明，适宜浓度的碱液处理可以提高HZSM-5分子筛的强Brønsted (B酸)酸量和介孔体积，显著提高C₅烯烃转化率和乙烯、丙烯的收率。当碱液浓度为0.2 mol·L^-1，HZSM-5分子筛强B酸中心和介孔体积之间的协同作用促进了C₅烯烃的高效转化，转化率为84.8%(质量分数)，乙丙烯总收率为86.0%(质量分数)，分别比未处理的HZSM-5分子筛增加4.4%和15.5%。

维生素K2(VK2)作为2-甲基-1，4-萘醌(简称甲萘醌)家族的衍生物，在预防骨质疏松和心血管钙化方面发挥着重要作用，随着其市场需求的日益增加，实现VK2产业化并降低生产成本成为大家关注的焦点。首先概述了VK2传统发酵工艺现状及面临的问题，之后详细分析了VK2生物合成途径及其基因工程改造策略，可以将枯草芽孢杆菌产量提高至1549.6 mg·L^-1，产量是传统发酵菌株的7倍以上。此外，还围绕合成途径中经典甲萘醌骨架合成酶的功能及其蛋白结构进行汇总分析，通过对酶的蛋白结构、催化特异性和机理进行分析，揭示各个功能酶在VK2合成途径中发挥的作用及其内在关系。最后从合成生物学技术发展角度对VK2途径设计、构建与应用进行了展望，为提升VK2工业化产量提供理论参考。

ZSM-5分子筛作为应用最为广泛的催化剂之一，一直是研究关注的重点。由于其沿着b轴直通孔道相比于沿着a轴和c轴的Z形孔道具有更好的扩散性能，其长度的控制对改善分子筛的催化特性具有重要作用。综述了控制ZSM-5分子筛各向生长的主要方法，结构导向法和生长修饰法。对短b轴ZSM-5分子筛在MTP、MTH以及MTG等催化领域的应用进行了具体分析。并指出，特定季铵盐作为结构导向剂制备的片层分子筛，具有均匀良好的自柱撑结构和晶间介孔，由于结构导向剂制备难度较高，采用生长修饰剂部分取代季铵盐更加经济环保。特定生长修饰剂合成难度低且成本低廉，制备的分子筛具有分散或团聚片层结构，新工艺的开发以改善晶间介孔将使其具有更好的扩散性。对片层分子筛厚度和酸性的精准调控、合成机理以及各向长度对催化性能影响的深入研究，以保证高效制备兼顾转化率、选择性以及稳定性的分子筛对短b轴分子筛的发展具有重要意义。

太阳能作为最丰富且可再生的清洁能源，具有非常大的成本效益和发展潜力。自然光合作用效率低且难以干预，人工光合作用不稳定且成本高。以绿色、低碳的方式实现太阳能-化学的转化是现代社会可持续发展的迫切需要，也符合绿色生物制造的需求。光驱动微生物杂合系统作为一项新兴技术将非生物光敏材料与微生物全细胞结合起来，利用光敏材料优良的光吸收能力和微生物的特定高效合成能力，在利用太阳能驱动合成燃料和化学品方面显示出较大潜力。本文综述了光驱动微生物杂合系统在质子还原制氢、CO₂还原转化、固氮和C—H键氧化等重要反应中的应用，并对光驱动微生物杂合系统未来的发展趋势进行了展望。

高分子气体分离膜具有价格低和易加工等优点，但存在气体分离性能难以满足工业要求，以及耐老化性能和结构稳定性差等问题。炭分子筛膜不仅具有高力学性能，高耐热、耐化学腐蚀性能，而且存在适合气体传递的路径、对气体分子亲和性好的杂原子结构，以及分子辨识能力强的孔尺寸，表现出优异的气体分离性能，因而受到广泛的关注，被认为是最具应用前景的气体分离膜。6FDA型聚酰亚胺不仅具有较大的刚性和受限制的构象，且自由体积较大、分子结构可调、成孔性好和残炭量高，制备的炭分子筛膜的气体分离性能优于其他前体，受到学术界和工业部门的青睐。本文主要介绍了炭分子筛膜前体的结构设计原理，在热解过程中的炭化机理和微观结构的控制，炭结构对气体分离性能的影响，气体在膜中的传递机理，以及由6FDA型聚酰亚胺制备的炭分子筛膜在气体分离中的应用。结合科研实际，提出了6FDA型聚酰亚胺炭分子筛膜结构设计和制备的想法，为未来炭分子筛膜在气体分离中应用提供新的思路。

生物柴油是一种清洁的可再生能源，是应对温室效应、环境污染、能源短缺等问题最有潜力的发展方向之一。第二代生物柴油是油脂与氢气（H₂）进行加氢转化反应制得的与传统石化柴油组成类似的烃类混合物，除具有绿色环保、十六烷值高、可再生等优点外，还具有低温流动性好、含氧量低、稳定性高、热值高等特点，可与石化柴油无比例限制地混合使用。系统总结了近年来油脂催化加氢转化制备第二代生物柴油方面的研究进展，包括加氢转化机理、催化剂活性相、催化剂载体和加氢转化工艺四个方面，着重介绍高效加氢转化催化剂的设计和开发。此外，还分析了油脂催化加氢转化制备第二代生物柴油领域所面临的机遇和挑战，并对未来的发展方向进行了展望。

近、超临界流体具备优良的输运和热力学性质，可广泛应用于化工、环境、机械和热能利用等领域。由于临界点附近包括流体密度在内的热物性会发生大幅改变，因此准确确定流体的临界点，包括临界温度、临界压力和临界密度数据，对指导热力循环和系统部件设计优化有重要意义。目前实验测量是获取高精度临界参数的最直接方式。本文首先概述了气液临界点理论、临界参数的研究现状及其典型应用场景；其次，综述了目前临界参数主要的测量方法，包括定容法、变容法、流动法、脉冲加热法、密度直线中径定律法、压力-体积-温度（p-V-T）关系法、准静态热分析法和物理性质法等，总结了这些方法的优缺点、适用范围、准确性和主要研究机构；最后，探讨了临界参数测量方法当前面临的挑战和未来发展趋势。

可再生电能驱动CO₂电催化合成化学品或燃料，具有反应条件温和、产物选择性可调且可利用分布式可再生能源优势。合成气作为一类重要的化工原料气，可制备甲醇、乙醇、烯烃等大宗化学品，是CO₂电催化转化的重要途径，如何高电流密度、高选择性且精准调控碳氢比例(CO/H₂)是需要解决的关键科学技术难题。本文从提升电流密度和效率、拓宽合成气比例角度出发，综述了CO₂电催化还原制合成气的最新研究进展，包括电极材料设计、电解液开发、电解槽结构创新等；论述了利用原位表征和理论模拟(DFT、MD)方法对CO₂电催化还原制合成气反应机理的研究进展。在此基础上，提出可通过催化剂多级形貌调控、多活性位点设计、CO₂捕集与转化系统集成、CO₂还原与阳极反应耦合等途径，提升CO₂电催化还原制合成气效率的策略。最后，探讨和展望了实现CO₂电催化还原制合成气工业化的挑战和问题。

金属离子-有机配体配合物的稳定性由金属离子种类、有机配体结构和实验条件三个因素决定。使用传统方法获得配合物的稳定常数耗时耗力，不利于特异性金属螯合剂的高通量筛选。因此，基于多头图注意力网络提出一种综合考虑多种影响因素的配合物稳定常数高通量预测模型。首先，对从数据库中提取的7127个配合物中涉及到的1371个有机分子生成分子属性图，其次利用多头图注意力网络对分子属性图进行特征提取，并将提取的分子特征拼接编码的金属离子和实验条件，最后送入全连接层进行配合物稳定常数的预测。模型在测试集上的R²和RMSE分别为0.956和1.251，表明所构建模型具有良好的泛化能力。此外，将文献中基于密度泛函理论计算的螯合物稳定常数与模型预测值进行对比，结果表明模型更为可靠与高效。

环路热管是一种高效的两相传热装置，在高热流电子器件散热领域极具前景。介绍了平板式环路热管目前存在的三大瓶颈问题，即极限热通量不能满足某些大功率器件的需求、温度波动问题和低功率下启动失败及温度过冲问题，分析了这些问题产生的原因，并总结了近十年来研究人员提出的解决方法，包括毛细芯性能改良、工质优化和环路热管结构改进等。随后列举了已取得实际应用的环路热管结构及其使用场合。最后对平板式环路热管的研究现状进行了总结，并提出了进一步的研究方向，为提高环路热管综合性能和实现商业化应用提供参考。

纳米粒子在显示器、催化剂和生物医学等领域有着广泛的应用，其可控制备一直是研究的重点。与传统的间歇釜式生产工艺相比，微流控技术具有高效混合、传质传热快、反应条件精准可控以及可在线分析等特点，可用于高效连续化合成单分散纳米粒子，并为新型功能纳米粒子的开发提供了平台。本文主要介绍了近年来微流控技术在新型功能纳米粒子制备中的应用，重点综述了在量子点、金属及金属氧化物纳米粒子制备中的研究进展，并对其未来方向进行展望。

在生命活动中扮演重要角色的生物催化剂酶，被发现在催化底物转化的过程中能表现分子水平的扩散增强行为。这种自驱动的扩散增强现象提供了一个研究酶的新角度：酶分子马达(EMM)。受到天然生物分子马达的启发，EMM被用作“引擎”开发出了一系列的酶驱动微纳马达和微泵，将催化过程中的化学能转化为动能，驱动微纳尺度的运动。通过巧妙的设计，酶驱动微纳设备可以实现功能化、完成各种任务，引起了广泛的关注。然而，EMM和酶驱动微纳设备的运动机理尚处于争论之中，酶驱动设备尺寸、结构、酶的性质对运动性能的影响也尚未明晰，制约着EMM和微纳设备的研究和应用。因此，本文综述EMM的自驱动运动以及作为“引擎”驱动的微纳马达和微泵。首先，简述低Reynolds数环境中实现微观自驱动运动的条件，阐述酶分子的自驱动和趋化行为，归类EMM运动机理；其次，归纳酶驱动微纳马达和微泵，重点评述酶分子作为“引擎”驱动人工合成微纳马达的实现途径及其潜在应用；最后，总结酶分子自驱动及其驱动微纳尺度运动存在的主要挑战，并提出进一步研究的重点方向。

物理信息神经网络（PINN）通过对偏微分方程组进行数学编码，实现了内嵌物理知识的深度学习，已成功地应用于流体力学和传热领域。但是，由于固体导热和流体传热间强耦合关联，通用的PINN难以有效求解上述领域内普遍存在的共轭传热问题。作为应用较为广泛的分区耦合策略，传热系数正向温度反向法可通过分别独立求解流体域和固体域来灵活处理界面处的复杂耦合关系。本工作基于真实物性体系，利用传热系数正向温度反向法构建分区耦合PINN建模策略。以共轭传热二维和三维模型为例，将分区耦合PINN预测的多物理场结果与常规的CFD软件模拟结果进行对比，结果显示二维模型和三维模型的固体温度最大绝对误差分别为0.19 K和2.12 K，表明了分区耦合PINN策略处理真实物性下共轭传热建模问题的有效性。

在碳中和目标下，未来发展之路是从化石能源的原料体系转变到可再生能源的原料体系。作为化石资源的重要替代品，生物质是唯一能够大规模取代化石资源的可再生碳资源。生物质快速热解技术是实现生物质资源转化为液体燃料的重要途经，其技术核心是反应器。下行式循环流化床反应器具有产物停留时间短、近平推流性能等优点，在生物质快速热解方面具有广阔的应用前景。本文介绍了流化床反应器的特点及其中试和示范/商业级装置的研究现状，详细总结了下行床反应器的特点、结构、分类及流体力学特性，并分析了目前下行床反应器放大过程中的瓶颈问题以及进一步研究的方向，为推动下行床反应器在生物质快速热解工业应用提供参考。

提出一种基于数据与物理信息混合驱动的固定床吸附穿透深度学习模型(PINN_MOD)，采用基于残差自适应网格加密策略联合惩罚因子增强外部数据约束方法，通过最小化损失函数逐步调整神经网络参数逼近固定床双组分气体动态吸附过程偏微分方程(PDE)的解。嵌入物理信息神经网络(PINN)模型可以高保真地求解一维单组分对流-扩散模型和一维单组分固定床吸附模型PDE的正向解和逆向解，但在求解长时间尺度一维双组分固定床吸附模型PDE时存在收敛困难。利用传统有限差分方法(FDM)首先计算一维双组分固定床吸附穿透PDE问题，然后将FDM模拟获得的时空区域内组分浓度数据作为外部约束，联合PINN模型一起求解一维双组分固定床吸附穿透PDE。以填充CALF-20和UTSA-16两种MOF材料的固定床吸附CO₂/N₂(摩尔比30∶70)混合物为例，采用PINN_MOD模型计算出组分CO₂固定床出口穿透曲线，能够较好地复制FDM计算结果，证实了该模型仅依赖于少量外部数据就能有效地获得PDE高保真解。PINN_MOD模型有望在开发面向气体分离应用的新型金属有机骨架(MOF)材料吸附剂方面发挥重要作用。

针对联苯-正十二烷分离体系，首先采用COSMO-RS模型预测了联苯和正十二烷在不同离子液体中的无限稀释活度系数，通过溶解能力和选择性两个指标对离子液体的分离性能进行了评估和筛选，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[BMIM][BF₄]）被认为是最有潜力的萃取剂。液-液相平衡实验测定了常压、温度为303.2 K条件下，联苯-正十二烷-萃取剂的三元液液相平衡数据。以二甲基亚砜（DMSO）和糠醛为基准萃取剂，评估了[BMIM][BF₄]作为萃取剂的分离性能。最后，计算化学理论被用于探究不同萃取剂用于联苯-正十二烷体系的分离机理。C—H…π相互作用、π-π相互作用和氢键作用被认为是萃取剂与联苯之间最主要的相互作用。

数字孪生被认为是实践智能制造与工业互联网等战略、实现信息世界与物理世界交互集成的有效技术手段，备受学术界和企业界的关注，尤其数字孪生的落地应用更是关注热点。基于中国石化数字孪生智能乙烯工厂的开发及工业应用工作，首先阐述了石化数字孪生智能工厂的定义及总体架构。其次，基于复杂原料百万吨级乙烯成套技术，研究提出了“成套技术成果软件化、工程建设交付数字化、石化工厂运营智能化”融合创新的数字孪生智能乙烯工厂构建思路以及相应的关键技术。数字孪生智能乙烯工厂为中国石化智能工厂3.0建设提供了宝贵经验，为进一步推广到芳烃产业链、煤化工产业链、炼油产业链的核心装置，推动石化工业的高质量发展奠定了基础。

相比新鲜电池，锂离子电池在全生命周期内的安全性研究更值得关注。以寿命初期（BOL）与寿命末期（EOL）两种状态下的大尺寸方型铝壳磷酸铁锂动力电池为研究对象，先分析了BOL和EOL电池在比热容、热导率、材料热稳定性以及直流内阻方面的差异，再详细对比了电池在过放电、过充电、外部短路、加热、针刺、挤压等安全性能的差异。结果表明，相比BOL电池，EOL电池比热容由1.088 J/(g·℃)降低为1.065 J/(g·℃)；电池高度、宽度、厚度方向的热导率分别从25.84、21.21、1.05 W/(m·K)降低为22.20、18.44、1.00 W/(m·K)；负极材料和电解液的放热峰向低温偏移，121℃附近出现固体电解质界面膜分解放热峰，嵌锂石墨层间化合物、电解液和黏结剂间的反应放热焓由1019 J/g减小为841 J/g。安全性方面，EOL电池过放电产气更多，厚度鼓胀大；过充电产气更多，防爆阀提前7%荷电态开启；外部短路电流无法熔断转接片，电池将持续放电至过放态，产气鼓胀严重；针刺无烟雾释放、防爆阀未开启，安全性大幅提升，加热引发热失控的温度差别不大，其他安全测试项差异较小。研究结果丰富了锂离子电池全生命周期内安全性能的研究，有助于电池单体、模组及系统热失控防护设计。

冷板是电子设备间接液冷系统的核心部件，在冷板内部流道增加扰流柱可以提高冷板的传热能力，在进行冷板扰流柱的设计时需兼顾降低热源温度与降低流体流过流道的压力损失两方面。结合热源温度、流体压降以及动力源耗能等因素，对内部流道含有菱柱、圆柱、水滴柱扰流结构的冷板的传热性能进行了研究。研究结果表明：含有水滴柱扰流结构的冷板的传热性能最好，且水滴扰流柱长宽比例在2.5∶1时冷板的传热性能最佳，通过缩小扰流柱尺寸、增加扰流柱数量及密度的方式可进一步提高冷板的传热性能。在本研究所实验测试的工况中，水滴柱扰流结构冷板相较于无扰流冷板，散热效果提高了60%左右。

生物质和煤协同热化学转化是实现非化石能源和化石能源耦合高效利用的技术手段，对实现“双碳”目标具有重要现实意义。基于生物质等含碳燃料高挥发分组成和富氧特性，热化学转化过程不可避免地发生挥发分-半焦交互作用并影响原料性质和设备过程参数。综述了生物质与煤（共）热解/气化过程中挥发分-半焦交互作用的研究进展，总结了交互作用对挥发分的催化裂解规律、对半焦结构与性质的影响及生物质和煤协同热化学转化下的解耦研究思路三方面具体内容。针对目前挥发分-半焦交互作用机制解析过程所采用的研究方法及思路，提出了新的见解并对未来交互作用的重点研究方向进行了展望，以期为进一步认识交互作用的物理化学本质提供理论指导。

己烷异构体中双支链异构体的分离可以提高汽油的辛烷值从而减少发动机的爆震现象。针对传统的蒸馏方法耗能高和新型吸附剂金属有机框架成本高、工作能力低、稳定性差的缺点，采用高通量计算筛选方法研究了688种共价有机框架(COFs)对己烷异构体的分离性能。首先计算了所有COF的几何结构描述符，通过限制孔径(PLD) 6.2~15 Å的范围筛选出209个可容纳所有己烷异构体的COF，再利用巨正则Monte Carlo (GCMC)方法模拟433 K下上述COF对己烷异构体的吸附解吸过程。对再生能力R>80%且吸附性能分值(APS)最高的COF进行排序，筛选出具有最高APS值的COF-DL229 2-fold，APS值为23.36 mol/kg，R为99.38%。分析了6个几何结构描述符与APS的相关性，发现对于COF来说较高的孔隙率(VF)、较高的孔隙体积(PV)、较低的密度(\rho)可提高COF的APS值。最后基于PV、VF、\rho利用决策树算法设计出高APS值COF的筛选路径，研究工作对今后设计用于己烷异构体吸附分离的COF具有一定的指导意义。

气相法聚乙烯工艺在冷凝模式操作下，液相在床层内部蒸发使流体流型转变为旋转型，升力的影响不可忽略。建立了气-液-固三相流聚乙烯流化床反应器CFD模型，并探究Saffman-Mei、Legendre-Magnaudet和Moraga三种不同升力模型对聚乙烯流化床反应器多相流体流动的影响。模拟结果表明，升力模型对于流化稳定后床层平均高度、反应器平均温度无明显影响，但在床层不同高度区域内颗粒相分布和低区域内温度分布存在差别。不同粒径固相颗粒在升力的影响下具有不同的流化过程，小粒径颗粒在流化过程中易产生较大的气泡，大粒径颗粒在壁面处的聚集现象更为明显。Saffman-Mei模型使得颗粒沿着壁面以及向较高床层运动更为明显，在低床层趋于温度较低；Saffman-Mei模型和Moraga模型具有相似的液相蒸发速率；Moraga模型的颗粒和气泡运动最为剧烈；Legendre-Magnaudet模型预测的床层压降最为准确，并且流化过程中的相分布和温度分布等更为均匀。

多孔介质内水冻结过程的传热传质问题普遍存在于寒区工程、食品冷冻保鲜和建筑、路面冻融破坏等领域。本研究在介观尺度下对多孔介质内水结冰相界面的演化机理进行了实验与模拟研究。首先通过单向冻结实验，研究了孔隙半径500 μm微孔道内水冻结过程中相界面及温度场演变规律。然后通过数值模拟，研究了边界温度、孔隙间距、孔隙结构对相界面演变规律和水冻结速率的影响。结果表明，相界面相对曲率随孔隙半径减小而减小，在孔道中，相对曲率先减小后增大，使相界面从凹形向凸形变化。孔道内温度随时间下降先快后慢，其速率与温度梯度有关。过冷引起0℃等温线与相界面之间过冷带的形成。孔隙间距越小，孔道内的温度梯度突跃越剧烈，阻碍传热。在本文研究的四种孔隙结构中，圆形直排冻结速率最大。

电极材料是电氧化技术的核心关键。碳基材料具有稳定性好、结构可调、导电性佳、来源广泛等优势。从碳基材料电氧化过程出发，简要描述了碳材料在阳极电流下的降解行为及其可复合活性材料增强自由基产生能力。重点综述了碳纳米管、石墨烯、生物质碳为代表的碳基材料通过缺陷调控、表面修饰、界面工程等方式调控电氧化性能的研究进展，最后对发展碳基阳极材料提出展望。

随着能源问题的日益突出，亟需研制高效能源设备，微通道换热器以其优良的性能在热管理系统中备受关注。针对微通道换热器流动与传热特性理论计算提出了一个计算模型，基于文献建立实验数据库，分别对比分析了10种和6种传热与流动计算关联式，并针对一种换热器结构进行了数值仿真与模型求解。研究得出：采用Stephan等、Sarmiento等提出关联式所得关于传热特性的经验解与实验解的吻合度较好；采用Kim等、Muzychka等提出的关联式所得关于流动特性的经验解与实验解的吻合度较好；对换热单元进行数值仿真和模型计算，数值解与经验解中绝大多数点的误差在10%以内，验证了本文提出计算模型在理论求解中的准确性与可信度。