分子动力学模拟已经成为化工过程和技术研发的重要工具，但经典分子动力学模拟的精度不足和从头计算分子动力学模拟的高昂计算成本，制约了分子模拟技术的广泛应用。机器学习技术的出现和发展使得基于机器学习势的分子模拟快速发展起来，该方法兼具速度快与准确性高的优势，将极大地加速分子模拟技术在化工中的应用。首先回顾了机器学习势的发展历程，给出了构建机器学习势模型的原则，介绍了数据集构建、模型训练和模型迁移与应用等，分析了不同类型的机器学习势的特点和局限性，最后对机器学习势的应用前景进行了展望。

随着“绿色化学”和“可持续发展”概念以及“碳达峰、碳中和”（双碳）目标的相继提出与推进，化学工业逐步进入绿色化、高端化、智能化发展新阶段。对于包含反应的化工过程有非常经典的“三传一反”理论，以反应动力学为核心，以动量传递、热量传递与质量传递为基础，揭示了物质、能量传递与化学反应的协同强化规律，对化工领域的发展具有重要和深远意义。近年来，由于光能、电能等清洁能源以及绿色生物制造、光电化学工程等新学科引入化工反应过程中，以电子传递、质子传递和分子传递为代表的三类传递现象得到了广泛关注和大量研究，为“三传一反”理论注入了新的活力。在此背景下，尝试将电子传递、质子传递和分子传递三类现象进行分析和介绍，针对不同化学反应的特点，初步总结了通过电子传递、质子传递和分子传递过程的单独或协同强化，以实现传递过程与化学反应过程的高度匹配，进而实现化学反应效率的显著提升。

随着工业化进程的快速推进，CO₂排放量预计将持续上升，CO₂捕获、储存和再利用受到研究者们的广泛关注。在各类CO₂转化技术中，电催化技术因其反应条件温和可控、能耗低、环境污染小等优点，是最有前途的策略之一。近些年来，CO₂选择性地转化为气态产物如一氧化碳、合成气、甲烷、乙烯和乙烷已有许多报道。本文对电催化CO₂还原生成气体产物的反应机理和催化剂设计策略进行了介绍；对电催化CO₂还原进行了总结与展望，包括新型电催化剂、机理研究、外部因素的影响以及级联反应。

固体氧化物电池（SOC）具有能源利用率高、污染排放量低、燃料灵活性高等优势，将在未来的能源供应和储存中发挥关键作用。当前，其长期稳定性尚不能满足大规模商业化的需求，电池堆中用于串联电池的金属连接体所导致的空气电极“铬中毒”是电堆性能衰减的重要因素之一。传统空气电极在发电模式（SOFC）下的铬中毒机理已较为明晰。然而，随着电解模式（SOEC）下应用的不断攀升，基于传统电极材料的毒化机理不适用于该运行模式下的电极体系。对典型空气电极材料在SOFC模式和SOEC模式下铬中毒机理进行对比分析，并且对提高SOC空气电极抗铬性能的研究进行总结和展望。

钴酸锂(LiCoO₂)具有高压实密度、高体积能量密度、优异的导电性能以及使用寿命长等优点，占据消费类电子产品的主要市场。LiCoO₂材料的理论比容量高达274 mAh/g，而其在4.2 V的电压下比容量仅为140 mAh/g。随着消费类电子产品对高能量密度的迫切需求，提高LiCoO₂材料工作电压成为当前研究的热点。材料改性和功能电解液设计是实现高电压LiCoO₂电池的主要途径。相比较而言，功能电解液设计是一种高效且经济的途径，对高能量密度LiCoO₂电池的研发具有重要意义。从高压有机溶剂、高压添加剂以及局部高浓度电解液三个方面入手，综述了近年来国内外高电压LiCoO₂电池电解液的研究进展，重点阐述了电解液溶剂的氧化窗口、电极与电解液界面反应以及锂离子溶剂化结构对高电压LiCoO₂电池性能的影响。最后，对高电压LiCoO₂电池电解液的发展前景作出了总结和展望。

全球变暖与能源不足是世界性难题，利用太阳能通过光催化还原二氧化碳为高附加值的含碳化学品有望成为解决以上问题的重要途径。因此，制备高效且低成本的光催化材料至关重要。已知的双组分催化剂中，直接Z型异质结光催化剂因其较低的光生电子空穴复合率、强氧化及还原能力和较高的光催化反应效率得到广泛关注。综述了光催化还原二氧化碳的原理，直接Z型异质结的确认方法（包括光催化还原实验、自由基鉴别实验、原位辐照X射线光电子能谱、金属负载及理论计算等方法），明确了直接Z型异质结的光催化机理。此外，总结了直接Z型异质结结构中承担氧化或还原作用的常见催化剂的现阶段研究现状。最后，对于该领域发展所面临的挑战和机遇进行了总结和展望。

化学工业生产过程中涉及众多液-液非均相反应体系，因其反应过程发生于两相界面，反应效果通常取决于相间传质效率及混合程度。由于大多数液-液非均相反应过程复杂，所用反应器的传质和混合性能对反应过程有很大影响。近年来，可通过强化液-液非均相反应进而提升产品质量，液-液非均相反应器的研发备受关注。综述了用于液-液非均相反应体系的传统反应器及过程强化反应器的研究进展，通过对比传统反应器及过程强化反应器的特性，总结了各类反应器的适用范围和优化策略，提出了采用过程强化技术助力液-液非均相反应安全性提升的可行途径。

解决传统燃料过剩、开发绿色高效低耗的油品加工技术是双碳背景下的必然趋势。发展分子炼油理念下的变革性加工技术，实现从“馏分加工”到“组分加工”，是节能降耗、物尽其用的重要思路，其中组分的高效分离是实践分子炼油理念、实现精细化加工的重中之重。详细介绍了我国各种馏分油的化学组成的分布规律以及现有溶剂萃取技术分离芳烃、烷烃和杂原子化合物等组分的研究现状，讨论了各类油品由于组成差异而导致不同的分离难点，旨在提出未来研究的切入点和有价值的研究方向。

当前钠离子电池作为新型储能技术在新能源领域被寄予厚望，其中碳负极作为钠离子电池关键组成之一，其材料制备、储钠机制研究和综合性能提升颇具挑战。沥青基前体具有低成本、高碳含量、高碳收率等优势，被认为是合成碳负极的潜在碳源。然而沥青基碳源直接高温热解碳化将产生高石墨化的碳，碳层间距小，致使其储钠容量相对较低。近年来，陆续提出了沥青改性、结构设计、表面修饰、碳复合等策略来解决碳化过程中易石墨化和重排的难题，所得碳负极储钠性能得到显著提升。本综述详细归纳总结了当前以沥青为碳源制备碳负极材料的相关技术研究进展，讨论了沥青衍生钠电碳负极未来面临的问题和研究重点，期望为高性能碳负极材料的制备提供参考。

采用硫化物电解质的全固态锂电池被视作解决传统液态锂电池安全问题与能量密度提升的最有效方案。正极材料作为锂电池的主要组成部分之一，很大程度上决定着全固态锂电池的基本性能。镍钴锰酸锂（NCM）三元体系正极材料因具备能量密度较高和成本较低的优点，以及与硫化物电解质的可兼容性而受到广泛关注。然而，NCM三元材料存在安全性低、循环稳定性差等缺点，与硫化物电解质接触界面仍存在许多问题亟待解决。因此，分析和研究NCM三元正极材料的结构组成和界面优化，对于提高全固态锂电池稳定性和安全性具有重要的意义。聚焦于当前主流三元正极材料以及与硫化物固态电解质界面问题的匹配性研究，阐述了NCM三元正极材料在全固态锂电池应用中所面临的挑战、解决策略和发展机遇，并对NCM三元正极的进一步发展和应用提出展望。

深入探讨了原子尺度钼系加氢脱硫催化剂在加氢脱硫反应中的研究进展。重点关注了MoS₂和Co（Ni）MoS微观结构对催化性能的影响，以及活性氢原子生成、硫化条件对催化剂结构和活性的影响。探讨了不同类型MoS₂和Co（Ni）MoS边缘结构与加氢脱硫性能的构效关系，强调了MoS₂边缘的硫-氢基团在反应中的关键作用。此外，详细讨论了噻吩分子在催化剂表面的吸附方式，加深了对噻吩的加氢脱硫机理的了解。最后，强调了载体Al₂O₃表面氢溢流效应的重要性，通过调控氧化铝载体表面的羟基基团与钼酸根的相互作用，提高了催化活性。总体而言，这些研究结果突显了微观结构在催化活性调控中的关键作用，为提高工业加氢脱硫反应速率提供了有力的支持。

二甲苯异构体的分离与纯化是石油化学工业的重要过程之一，但二甲苯异构体的结构和性质极其接近，常规精馏和深冷结晶法分离能耗高、生产效率低。模拟移动床色谱是主流的二甲苯异构体分离技术，但作为吸附剂的分子筛在吸附容量和分离选择性两方面均存在不足。金属有机框架和超分子材料具有组装自由、结构多样和性质可调等优点，可通过构建极性孔环境或精准设计孔道尺寸与形状实现二甲苯异构体的高效辨识与分离。本文综述了金属有机框架和超分子材料在二甲苯异构体吸附分离中的研究进展，从静电作用、尺寸筛分和形状筛分等方面探讨了二甲苯异构体分离的内在机制，总结了金属有机框架在二甲苯分离领域存在的问题和局限，并对未来发展方向进行了展望。

纳米零价铁（nZVI）因具有强还原能力和高吸附性能等特点，在环境污染修复中应用前景广阔。近年来，国内外学者开发了多种nZVI的合成方法，并在nZVI还原去除有机、无机污染物以及nZVI耦合高级氧化技术方面均有较大进展。本文综述了nZVI的物理、化学和绿色合成制备方法的原理及优缺点，分析了nZVI还原降解、吸附固定等作用去除有机、无机污染物的机制及影响因素，重点探讨了nZVI联用氧化剂（如分子氧、过氧化氢、过氧化钙和过硫酸盐等）构建类芬顿技术的机理及应用进展，并对nZVI修复技术的环境应用进行了展望，以期为nZVI的高效制备和环境修复领域的广泛应用提供参考。

硬炭作为钠离子电池(SIBs)最具有应用前景的负极材料，其形貌的可控调节和结构优化被广泛研究和关注。以煤沥青为原料，采用柠檬酸钾(C₆H₅K₃O₇·H₂O)作为双功能活化剂：(1)气体分解产物可消耗过量的氢，实现沥青的固态热解，阻碍有序微晶的生成；(2)固态分解产物钾盐进行活化造孔，从而在高温碳化过程中形成丰富的封闭纳米孔。基于此，成功制备了具有高度无序、多孔片状结构的沥青基硬炭材料，并应用于SIBs负极，探究其电化学性能。研究发现，通过调控活化剂用量可以实现沥青基硬炭微观结构的优化，在适宜质量比条件下制备的硬炭(HC-2-1300)首次库仑效率高达81.5%，在0.1 A·g^-1的电流密度下，其可逆比容量为214.2 mAh·g^-1，明显优于直接碳化的样品(DC-1300)。同时，在5 A·g^-1的高电流密度下，HC-2-1300样品仍有116.7 mAh·g^-1的可逆比容量，且在1 A·g^-1电流密度下充放电循环2000圈后，容量保持率达75.1%，显现出优异的倍率性能和循环稳定性，具有广阔的应用前景。

蒸汽射流在管内过冷水流中的直接接触凝结会诱导严重的管道振动。采用高速摄像机与加速度传感器，捕捉了蒸汽射流气羽演化及其诱导的管道振动。通过实验定量描述了考虑气羽形貌的气羽灰度质心振荡与管道振动特性。发现界面振荡流型下气羽灰度质心的振荡幅度最大，间歇振荡流型下次之，稳定凝结流型下最小。随着蒸汽质量流速升高，质心振荡及管道振动强度都向着趋于稳定的方向发展，表现出极强相关性。在此基础上绘制了管道振动强度随蒸汽质量流速及过冷水温度的分布图，振动强度随着过冷水温度的升高而升高。相关性分析表明气羽灰度质心的轴向振荡是沿蒸汽喷射方向的管道振动强度的主导因素。

管道中水合物再生与粉砂沉积堵塞是影响可燃冰开采的关键问题，而且管道中海水具有一定矿化度。利用高压环路开展了水-粉砂-NaCl-CH₄体系水合物生成与水合物-粉砂沉积实验，揭示水合物生成到稳定固相沉积的四阶段演变过程。研究发现，在含有粉砂的盐水体系中甲烷水合物的诱导期相较于纯水体系可显著延长2~3倍，特别是在低含砂浓度(质量分数0.1%)和高流量(1600 kg/h)条件下，诱导期延长至3.3倍。分析认为NaCl和粉砂对水分子簇结构的扰乱是抑制水合物成核的关键机理，此外NaCl通过压缩颗粒双电层厚度削弱砂粒亲水性，通过纳米气泡桥接促使固相颗粒聚集并黏附于管壁，加速水合物-砂沉积层的形成。研究成果有助于保障可燃冰开发排采系统中多相流动的安全与稳定。

金属有机框架（MOFs）由于其高孔隙率和超高的比表面积在气体吸附和分离领域受到广泛关注，金属有机框架数据库也因此丰富。使用高通量计算筛选方法可以提供丰富的结构性质和性能数据，有利于从大量的金属有机框架材料中筛选具有高性能的材料。为了充分挖掘数据内的信息，将机器学习用作辅助工具，可以揭示隐含的金属有机框架结构和性能关系；能够对金属有机框架材料在不同应用中的性能趋势有更多的理解。特别是在气体储存和分离方面，机器学习方法也被广泛应用。从适用于机器学习工作的金属有机框架的描述符，利用机器学习方法筛选及预测材料性质等方面综述了机器学习预测和设计应用于可燃气体吸附分离的金属有机框架材料的最新研究进展，加快金属有机框架的设计和开发步伐，指引材料的合成方向和规律，降低了人力物力成本。

随着信息技术进步，芯片向大面积、高功率方向发展，对热管理提出了严峻挑战。微通道液冷能够解决高功率芯片散热难题，但传统平直微通道热沉流阻大、温度均匀性差。提出了一种耦合歧管式进出液结构、分布式射流和微针翅的新型歧管式微通道散热器，在平均热通量高于330 W/cm²、总功率达到2500 W时，芯片平均温度低于70℃，实现了高效散热。通过数值模拟发现：降低散热器射流腔高度可显著强化传热，但整体压降也随之陡升，存在一个最佳射流腔高度；散热器底板的微针翅尺寸及其与射流腔的相对尺寸是新型歧管式微通道散热器的重要结构参数，微针翅的存在并不是绝对有益于传热强化。定义了微针翅与射流腔之间相对高度的无量纲参数——翅占比，存在临界翅占比使得阻碍效应和强化效应相抵消，当翅占比高于这一临界值时才能达到强化换热效果。本研究为新型歧管式微通道散热器的设计提供了指导。

换热器结构拓扑优化可将传热强化设计问题转化为数学优化问题进行求解，对于设计新颖高效换热器具有重要价值。然而，拓扑优化数学模型难以直接解释优化结果的几何特征及相应强化机理。以传热量为目标，对微通道换热器进行拓扑优化设计，研究了不同参数对换热器强化结构特征和换热器性能的影响。结果表明，拓扑优化换热器的通道结构呈现多级分叉构型，分叉的数量随着入口Reynolds数、翅片传热效率和流体Prandtl数的增大而增多。在此基础上，采用耗散和边界层理论分析了拓扑优化分叉通道与流体边界层厚度的内在联系，为换热器结构强化设计提供了新的思路。

微流控技术在可控制备液滴、颗粒和胶囊方面具有独特优势，能够精确控制液滴、颗粒和胶囊的粒径大小、尺寸分布、形貌结构和材料组成，在生物医药、食品、护肤品等领域具有广泛应用。详细总结了微流控技术可控制备液滴、颗粒和胶囊所用的器件设计、工艺策略及其相关应用。此外，还重点介绍了多相流数值模拟在液滴、颗粒和胶囊制备过程和优化实验参数中的应用，以及微流控器件实现液滴、颗粒和胶囊量产的平行放大策略。将为液滴、颗粒和胶囊的制备和应用提供重要指导。

含碳固废来源广、产量大，其大量堆存严重制约了环境可持续发展，因此含碳固废资源化利用意义重大。利用含碳固废制备多孔炭材料是其清洁高效利用的重要方式之一。对多孔炭进行硫原子掺杂不仅可使材料表面的亲水性得到改善，还可以改变材料表面的化学异质性，生成有利于CO₂捕集的活性位点，强化材料对CO₂分子的吸附作用，从而提高其CO₂吸附容量。简述了固废基硫掺杂多孔炭材料的制备方法，总结了硫掺杂多孔炭材料用于CO₂吸附的最新研究进展，并对硫掺杂多孔炭材料未来发展趋势及其在CO₂吸附领域的工业化应用进行了展望。

碳纳米管因其优异的力学、电学、热学和光学性能，在碳基集成电路、超强超韧纤维、机械储能、柔性可穿戴设备等众多尖端领域拥有广阔的应用前景。碳纳米管的单体结构和微观形貌（如长度、取向度、缺陷浓度、洁净程度等）对其基础物理性质有显著的影响。在各类碳纳米管中，只有具有宏观长度、低缺陷浓度和高取向度的超长碳纳米管才能充分体现和发挥其本征的性能优势并满足很多尖端领域对其结构和性能的严格要求。实现超长碳纳米管实际应用的关键在于实现其大规模制备，然而其目前的产率远远无法满足应用需求，因而其在高密度、高产率制备方面依然面临很多挑战。深入讨论了超长碳纳米管的生长机理，分析了超长碳纳米管产率低的原因，系统总结了高密度超长碳纳米管的制备方法，并介绍了目前在超长碳纳米管实际应用方面的最新进展。另外，还总结了超长碳纳米管制备领域所面临的科学和技术挑战，并对未来的发展方向进行了深入的讨论。

随着能源危机和环境污染不断加剧，人们对高能量转换效率且低污染装置的需求日益迫切。质子交换膜燃料电池（PEMFC）作为一种高效能、零污染的绿色能源转换装置，被认为是替代传统能源的有望选择之一。目前，要使汽车燃料电池系统具有市场竞争力仍面临成本和耐久性的挑战。当前降低成本的主流方式为降低催化剂上的铂负载，然而，较低的铂负载通常也意味着较小的催化剂表面积，更大的传质阻力，从而导致性能损失。此外，耐久性问题也是制约燃料电池汽车发展的一大阻力，尤其是碳腐蚀问题。本综述从优化碳载体的角度出发，结合目前研究现状，深入探讨了传质和碳腐蚀两方面的不同优化策略，并对未来碳载体的发展方向进行展望，可为新型碳载体的构建提供参考。

MXene是一种新型二维材料，具有导电性髙、表面官能团丰富、层间距和能带结构可调等特点，从而在新能源器件中拥有重要的研究价值。综述了MXene在太阳能电池和金属离子电池中应用的相关进展。在太阳能电池中，基于MXene高电导率、高透明度和功函数灵活可调的特点，讨论了其在电极和载流子传输层中的相关应用研究，并对MXene功函数调整的策略进行了总结。在金属离子电池中，基于MXene独特的二维层状结构、优异的力学性能和良好的导电性，讨论了MXene作为负极材料以及与碳纳米材料、金属氧化物和硅组成的复合材料对电化学性能的提升作用，并对MXene在正极材料、集流体以及隔膜中应用也进行了介绍。最后对MXene的下一步发展进行了展望。

在电解水制氢的过程中，多孔电极内的孔隙会发生气泡阻塞现象，这会妨碍气体扩散以及电解液在多孔电极内的流动，从而导致电极传质电阻的增加，进而影响电解水制氢的速率和能耗。采用3D金属打印技术制备了LSL-PTL、MMM-PTL和SLS-PTL三种规则的镍铁合金电极扩散层，进行了可视化的水电解实验，定量地记录了不同电流密度下梯度多孔传输层中气液两相流动的变化，包括气泡形态、孔隙含气率和气泡脱离速率等参数，研究扩散层梯度对气液传质过程的影响，并分析了不同电极梯度结构对电解过程中阻抗和过电位的影响。实验结果显示，与SLS-PTL和MMM-PTL相比，LSL-PTL的梯度结构从催化层即逐渐增大孔隙尺寸，始终保持较低的容积含气率，可以加速气泡在扩散层中的迁移，使气液交换更加频繁，有效减小气液传质阻力，并获得更低的传质阻抗和电解过电位，三种梯度电极在相同电流密度下的电解电势关系为。因此，在水电解中采用LSL-PTL梯度的扩散层可以提高制氢效率，减少能耗损失。这项研究为水电解制氢中气液传质过程的主动控制和电解池多孔传输层的结构设计提供了直观依据，对电解水制氢技术的进一步发展具有积极推动作用。

丁二酸是一种重要的C₄平台化合物，采用微生物以可再生生物质资源为原料制造丁二酸具有显著的优势，是当前国内外的研究热点。合成丁二酸的微生物主要包括细菌和酵母两大类，与细菌相比，虽然酵母的丁二酸生产得率低于细菌，但酵母对酸性等逆境的抗性更强，可以在低pH条件下合成丁二酸，不用添加中和剂，从而使丁二酸的下游纯化过程更简单、成本更低。本文综述了近年来利用酵母类微生物合成丁二酸的研究进展，重点介绍以酿酒酵母、解脂耶氏酵母和东方伊萨酵母为代表的酵母类生产菌株的合成生物学改造策略，在此基础上展望通过构建酵母细胞工厂绿色生物制造丁二酸的未来发展方向。

为了从天然气发电厂的烟气中捕获二氧化碳（CO₂）并回收液化天然气（LNG）的冷能，提出了一种分级回收LNG冷能的工艺。该工艺将液化天然气按温度分为深冷、中冷和浅冷，并将每一段冷能分别与循环介质相匹配，以回收LNG冷能、水和捕获CO₂，同时向外界输送电力。在有机朗肯循环（ORC）中，热源是烟道气，冷源是液化天然气。系统的热力学分析表明，该系统的热回收效率、冷能利用率、发电效率和㶲效率分别为41.55%、14.34%、10.80%和53.60%。CO₂捕获量和冷能发电量分别为177.30 kg/t和25.86 kWh/t。此外，对LNG再气化压力进行了研究，在气化压力为1.00 MPa时，CO₂捕集率达到最大。较高的㶲效率表明了分级冷能利用工艺设计的新颖性以及工作流体在ORC中使用的适宜性。

聚烯烃类弹性体是由乙烯与丙烯或其他高碳α-烯烃共聚而成的高端聚烯烃材料，具有出色的化学稳定性、耐候性和电绝缘性，广泛应用于光伏、汽车、电缆等领域。通过动态化学交联可在保证其加工性的前提下，进一步提高其力学性能与热稳定性，拓展应用范围。综述了动态化学交联聚烯烃弹性体的制备工艺，包括一步法直接交联和功能化后再交联（多步法）。详细介绍了后功能化、乙烯与功能化单体共聚等功能化方法。讨论了动态化学交联聚烯烃类弹性体的表征手段及其链结构、聚集态结构和性能之间的关系。展望了动态交联聚烯烃类弹性体的未来发展。为动态化学交联聚烯烃类弹性体的可控制备、构效关系研究以及高值应用提供理论指导与技术支持，推动高端聚烯烃材料的创新和发展。

相对于纯氢，液态甲醇具有储运方便、来源广泛以及体积能量密度高等优点，并可通过现场重整制氢与高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFC）联合发电，有望解决低温PEMFC用氢难的挑战。优选具有完全自主知识产权的高性能HT-PEMFC电堆与甲醇重整器（MSR），其中HT-PEMFC电堆在160℃、氢/空和低化学计量比下的输出功率可达5.46 kW@80 A，而甲醇重整器输出气量达5 m³（标准状况）/h，氢气浓度高达74.8%，CO浓度仅为1%，满足HT-PEMFC运行需求。将MSR与HT-PEMFC进行耦合，采用高、低温热子系统并联的方式构建了高性能的MSR/HT-PEMFC系统，其输出功率与电堆在纯氢条件下的输出功率相同，而甲醇水溶液（体积比6/4）单耗最低仅为0.81 kg/(kW·h)，表明该系统甲醇水溶液单耗低、输出性能高，具有广阔的应用前景。

电池热失控是制约电动汽车和新型规模储能发展的瓶颈，了解电池热失控诱因以及采取相应的应对策略对于提高电池安全性至关重要。首先简要介绍了电池热失控的诱因以及热失控机理；从电池内部热管理和电池外部热管理两个方面重点综述了锂离子电池热管理研究进展。在电池内部关键组件改性策略上重点介绍了正负极材料改性、电解液体系优化和隔膜改性等；在电池外部热管理系统研究上主要介绍了空气冷却、液体冷却和相变材料冷却的三种方法。综合分析表明，电池内部组分是电池产热和抑制热失控源头，减少电极产热并提高材料热稳定性、电解液中引入功能添加剂及开发固态电解质、提高隔膜热稳定性及开发阻燃功能等策略有助于提高电池本身的安全性；通过液体冷却以及结合相变材料冷却的电池热管理系统及时散热和维持电池在适宜温度中安全运行同样重要。

类器官是源自人类干细胞、器官特异性祖细胞及分离肿瘤组织的自组装三维多细胞微型器官模型，可在体外重现器官的关键结构特征与生理机能。微流控芯片作为类器官的体外培养平台，为研究细胞在异质群体和微环境中的行为提供机会，因此，成为助力人类器官发育研究、疾病建模及药物筛选的强大工具。基于先进纳米技术构建的药物载体可以显著提升疾病治疗效果，是目前新药物研发和临床治疗的焦点。利用类器官芯片对纳米递送系统的安全性和有效性进行评估，不仅有助于了解药物递送载体与靶点微环境的相互作用机制，科学指导纳米载体的设计；也在患者个性化精准医疗领域具有应用价值。本文讨论了传统二维细胞模型以及动物模型评价纳米药物递送系统的局限性，分析了用类器官芯片作为体外评价平台的优势。在此基础上，总结了近年来类器官芯片在纳米药物递送领域的应用现状与发展方向，并对其前景进行了展望。

由于微反应器的特征尺寸较小，其比表面积大，混合效率高，热质传递效率快，可精确调控反应过程。相比于传统的釜式反应器，在微反应器内开展药物的单步/多步合成，具有高选择性、高效率、本质安全等优势。综述了近年来在三种常用的微反应器包括毛细管微反应器、板式微反应器和微填充床反应器以及其他新型微反应器中进行药物及其中间体连续流合成的研究进展。从均相和非均相反应进行分析，总结了不同类型微反应器的优势。最后，对药物连续流合成的发展方向进行了展望。

近年来，套管膜式微反应器由于具有传质距离短、气液接触面积大和高透气性等优点，极大地提高了气液传质和反应速度，被视为加快气液传质和流动反应过程的强大工具。目前，套管膜式微反应器已被应用于建立快速准确的气液体系基本参数流动测量平台、实现高效安全的气液反应过程和强化气体介导的生物酶催化反应过程。详细介绍了套管膜式微反应器的构造、组装和操作方式，重点概述了该反应器在不同气液传质-反应过程中的最新研究进展。最后，结合当前的研究热点，展望了套管膜式微反应器的进一步开发方向和未来潜在的应用领域。

生物荧光标记及成像技术的发展，密切依赖于荧光染料的亮度、光稳定性以及生物相容性等关键发光和化学特性，发展新型荧光团和提升发光性能也将推动生物荧光技术的进步。荧光染料的新颖发光特性又紧密关联于它们的分子结构，而染料结构创新的主要策略包括发现全新的荧光团和对传统荧光团母体进行结构改造。本综述从荧光染料的发光-构效关系切入，详细概述了一系列通过分子结构创新而在发光性能上获得显著提升的荧光染料，并讨论了这些染料在先进生物荧光成像等前沿应用中展现出的卓越表现。最后讨论了生物成像领域中荧光染料的发展所面临的挑战。

在碳达峰碳中和的背景下，能源结构转型势在必行。氢能是以非化石能源为主体的新型能源系统的重要能量载体。目前氢能的发展瓶颈在于氢气的储运。以乙基咔唑/全氢化乙基咔唑为代表的有机液体储氢技术提供了一种安全、高效的储氢方式。全氢化乙基咔唑脱氢温度高、催化剂稳定性差等问题是限制该技术大规模应用的主要挑战。基于此，介绍了全氢化乙基咔唑催化脱氢过程的反应机理，阐述其反应路径、反应动力学、催化反应过程；综述了目前脱氢催化剂的研究进展，对脱氢催化剂的循环性能进行总结，并归纳了失活机理；结合脱氢反应的特点提出反应器设计的挑战，并介绍目前典型的脱氢反应器。最后，针对现阶段全氢化乙基咔唑脱氢反应的潜在挑战，对该技术在储氢领域的应用进行了展望。

开环易位聚合（ROMP）为烯烃聚合物的制备提供了一种精确而高效的方法，可制备不同拓扑结构的功能性热塑性烯烃聚合物材料。热塑性烯烃聚合物尽管可以在高温下熔融再加工，但其较低的力学性能和耐热性能限制了其在极端条件下的使用寿命。通过固化交联改性则可以大大改善材料的力学性能等，但也为废旧材料的回收再利用带来了困难。为克服上述局限，构建含有动态键的烯烃聚合物交联网络引起了广泛关注，该类聚合物在提升力学等性能的同时也赋予了其可重复加工的能力。本文聚焦于通过开环易位聚合合成不同拓扑结构的烯烃聚合物，并利用不同类型动态键对其进行动态交联改性的最新研究进展。并对该领域的发展现状和未来研究方向进行了总结。

膜技术基于渗透性差异实现天然气无相变脱碳，节能优势显著，此外膜装置的模块化制造可以灵活应对非常规天然气开采规模的大幅变化。聚酰亚胺（PI）是一种广泛研究的玻璃态聚合物膜材料，脱碳选择性较高、化学稳定性好，近年来在天然气脱碳领域已实现工业应用。尽管如此，通过分子结构设计提升聚酰亚胺膜的渗透性，从而大幅降低膜装置建设成本和占地面积，仍是未来的重要研究方向。从气体在玻璃态聚合物膜中的渗透传质机制出发，归纳总结了芳香族聚酰亚胺在链段构型与柔顺性、大位阻侧基、主链轴节结构等方面的设计进展以及膜材料自由体积分数和气体渗透系数随之发生变化的内在规律，对聚酰亚胺膜材料分子结构设计的未来发展方向进行了展望，兼顾考虑自由体积分数和自由体积空穴尺寸分布范围是同时提高渗透性和选择性的重要途径。

胞内菌能够逃避机体免疫并在宿主细胞内正常生长繁殖，比起胞外细菌更难清除，容易造成较为严重的感染。传统的抗生素治疗，药物无法突破宿主细胞膜的屏障，并且容易引起较强的毒副作用和多药耐药性。优良的纳米载体具有良好的生物相容性且易于修饰，有望通过构建纳米药物递送系统增强抗菌药物的细胞膜穿透性和胞内菌靶向性，在治疗胞内菌感染上具有巨大潜力和广阔前景。介绍了目前可用于治疗胞内菌感染的各种纳米颗粒，归纳总结了增强纳米药物递送系统治疗效果的机制和方法，阐述了目前在使用纳米药物递送系统治疗胞内菌感染时仍存在的问题，以期为构建更优良的纳米药物递送系统治疗胞内菌感染提供启发。

金属有机骨架材料（MOF）因其比表面积大、孔隙率高、结构高度可调等优势在气体吸附分离、催化、传感及生物医学等领域展现出巨大的应用潜力。但大多数MOF的孔结构在微孔范围，狭窄的孔隙环境限制了其应用过程中的传质扩散以及活性位点释放，在微孔MOF结构的基础上进行多级孔的构建则可以解决这一问题。为实现经典Cu-BTC结构上的多级孔构筑，基于原位蒸汽辅助合成加刻蚀过程开发了一步制备多级孔Cu-BTC的新方法。通过绿色刻蚀剂乙酸用量、蒸汽辅助时间的调节，获得了孔径范围可调的多级孔Cu-BTC。由于多级孔结构对传质过程和活性位点的提升作用，该材料在CO₂电还原实验中展现出优秀的转化效率，最高乙烯的选择性可提升157%。通过蒸汽辅助耦合材料制备和刻蚀过程使得多级孔MOF的一步制备成为了可能，其具有的减少反应物用量和反应步骤的特点将进一步推动多级孔MOF在实际应用中的发展。

近年来，随着电动汽车的产量攀升，锂离子电池的消耗量急剧增加，大量报废电池带来了各种环境和资源问题，对废旧锂离子电池的处理和回收成为亟待解决的问题。磷酸铁锂（LFP）电池凭借高稳定性和高循环寿命等优点，成为目前主流应用于电动汽车的锂电池之一。但现有的LFP回收方法操作复杂、污染性大，且回收产物多为合金或金属盐，只能用作电池前体。相比较而言，废旧LFP正极材料直接修复再生具有流程短、方法简单、能耗低等优点，符合当前我国双碳目标。本文综述了废旧LFP正极材料直接修复再生的最新研究进展，包括固相烧结法、水热法、电化学法等方法的研究现状，分析比较了各种方法的优势与不足。最后，从多角度分析废旧LFP直接修复再生可能面临的应用挑战及发展前景，为废旧LFP高效回收研究提供参考与建议。

开发低成本、高性能的氧还原铂基催化剂仍然是目前推动质子交换膜燃料电池（PEMFC）商业化进程的重要方向。在拓展单晶电极表面的相关研究中，活性金属铂的原子排布、应力应变、周边配位环境等因素都被认为对氧还原的性能具有重要影响。然而，在规整表面的单晶电极上得到的经验并不能完全指导纳米催化剂的设计，这是因为纳米颗粒存在着尺寸效应带来的活性-利用率的矛盾关系。通过在纳米尺度上模拟单晶电极的性质，构造纳米薄膜材料及二维晶面可控的纳米材料，可以一定程度上实现拓展表面性质。结合本课题组的研究工作，本文总结了拓展表面催化剂用于氧还原反应的理论和实验结果，探讨了纳米催化剂的发展和目前存在的问题，并对今后的研究方向进行了展望。

氢碳氮氧等稳定轻同位素广泛应用于医疗药物、临床诊断、环境地质等领域。如何获得高纯同位素原料并将其标记到目标化合物是同位素产业的核心技术。基于量子效应的同位素吸附分离方法具有选择性高、能耗低等优势，在同位素分离纯化方面展现出应用潜力；而催化同位素交换法和官能团转化法是制备同位素标记化合物的重要手段。基于量子效应的同位素分离与催化标记技术的核心之一是开发高效吸附及催化材料。总结了同位素分离及标记的最新进展，分析了核心材料的发展现状与性能强化方法，并对轻同位素分离纯化及标记方面的挑战和发展趋势进行了展望。

超分辨显微镜提供超越传统光学显微镜衍射极限的成像能力，彻底改变了细胞生物学领域研究。在这一背景下，具有光稳定性、易于修饰和荧光开关可调等独特性能的有机小分子染料获得了新的发展机遇。聚焦于不同细胞器超分辨成像荧光染料，总结了目前可用的超分辨荧光探针的设计和靶向策略。首先简要介绍了三种主要的超分辨成像技术，包括结构光照明显微镜技术、受激发射损耗显微技术和单分子定位成像技术，以及它们对荧光染料性能的不同要求，并介绍了近五年来用于线粒体、溶酶体、细胞膜、脂滴和细胞核的超分辨成像的荧光染料。最后讨论了该领域当前所面临的挑战。

可控/活性自由基聚合是近年来发展的温和、聚合反应进程可控、分子结构可设计性强的自由基聚合反应技术，其核心在于活性自由基中间体与催化剂/链转移剂的可逆活化/失活过程，常用于极性单体聚合制备结构多样的有机高分子材料。镍催化剂具有多变的中心金属价态及多样的聚合反应机理，在可控/活性自由基聚合领域存在独特的优势。对近年来原子转移自由基聚合（ATRP）和有机金属控制的活性自由基聚合（OMRP）中的镍催化剂结构、聚合反应机理、反应行为和产物结构特征进行了综述，并对镍催化的可控/活性自由基聚合未来发展方向和应用前景进行了展望。

全氟聚醚及其衍生物（PFPEs）是一类高附加值的含氟聚合物，特异的理化性质使其具有较好的商业前景。目前国内相关产品严重依赖进口，对PFPEs的研究比较缺乏，尤其对Y型PFPEs的研究非常少，亟需加强对相关领域的开发和研究。核磁共振氟谱（¹⁹F NMR）是解析PFPEs结构的重要技术，但由于技术封锁、制备困难等原因，有关Y型PFPE羧酸（PFPE-CA）的¹⁹F NMR谱图解析尚不完善。本研究采用合适的制样条件，得到了清晰的Y型PFPE-CA的¹⁹F NMR谱图，并对主链和端基中不同化学环境的F原子化学位移进行归属。对谱峰进行积分可计算活性混合物的组成以及样品的数均分子量。该分析方法准确、快捷，可为Y型PFPEs的生产及分离技术的突破提供研究基础。

分散剂对纳米颗粒的分散效果受溶液环境影响显著。借助粗粒化分子动力学模拟方法，研究了酸碱度、温度及分散剂浓度三个溶液环境因素对含有分散剂的液相纳米颗粒体系分散稳定性的影响。发现分散剂对纳米颗粒的分散性能主要取决于分散剂在纳米颗粒表面的吸附以及分散剂之间的聚集这两个因素，通过两个因素的协同作用实现对纳米颗粒的有效分散。在影响纳米颗粒分散的机制上，分散剂浓度影响吸附于纳米颗粒表面及相互连接形成聚集体的分散剂的相对数量；不同酸碱度会诱导分散剂水解为不同带电性质的改性结构体；温度影响分散剂之间以及分散剂与其他个体之间的连接稳定性。研究可为液相纳米颗粒体系分散稳定性控制提供理论依据。