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。

工业加热场合范围广、需热量大，使用燃气锅炉或电锅炉时碳排放量大。高温热泵对于电-热高效转化、助力节能减碳可以发挥重要作用，热泵工质对系统性能影响重大。选取低GWP工质R600、R601、R601a、R1224yd(Z)、R1233zd(E)、R1234ze(Z)、R1336mzz(Z)，以R245fa为参照物，建立了单级回热高温热泵模型，基于系统最小过热度理论，从安全、能效、环境影响和经济性方面进行对比。结果表明：在蒸发温度50℃、冷凝温度80~130℃时，R601、R601a和R1233zd(E)相较于R245fa优势明显；当冷凝温度为130℃时，与R245fa相比，R601、R601a、R1233zd(E)的性能系数（COP）分别提升12.39%、11.04%、11.16%，㶲效率分别提升10.29%、9.20%、9.29%，综合温室效应值（TEWI）分别降低11.39%、10.32%、10.41%，环境收益分别提升46.12%、41.61%、42.01%。

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。

金属-有机框架（MOF）是一类由金属离子或金属簇与有机配体通过配位键形成的新型多孔材料。它们展现出结构多样、高比表面积、高孔隙率、结构与性质多样化调控等优点。近年来，MOF在吸附、分离、催化和传感等不同领域的应用逐渐受到关注。然而，MOF宏量制备面临着合成条件严苛、反应时间延长、产量低以及成本高等化学工程领域的挑战。因此，研究人员正在探索各种新的合成方法，如水热/溶剂热法、常温快速合成法、溶剂回流法、碱辅助法、机械化学法、电化学法、微波辅助法、超声波辅助法、喷雾干燥法、干凝胶转化法、加速老化法等。以此为主题，综述了宏量制备MOF的方法，并对成本、环境影响、安全性和可行性进行了评价，也简要讨论了MOF成型加工技术的最新进展，展望了未来MOF材料在宏量制备与成型方面的挑战与机遇。

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。

针对生物质气化制备绿氢过程中气化效率低、氢气选择性差的挑战，提出了一种热解串联挥发分化学链重整制氢的解耦工艺。在对上述过程理论分析时发现，热解挥发分的产量和组成与生物质性质和热解操作条件之间的复杂关系难以通过传统模型化方法被准确关联，从而制约了上述工艺的精确分析调控。因此本文基于机器学习方法建立了生物质快速热解过程的产物分布预测的神经网络模型，并结合粒子群优化算法确定最佳热解条件，使热解挥发分的氢原子比和高位热值最大化，氧原子比最小化。随后，基于流程模拟对挥发分化学链重整制氢工艺进行了分析和优化。研究结果显示，所建立的神经网络模型能够准确预测热解三相产物的产率、热解气的详细组成、热解油的元素分布及高位热值等。在上述输出参数的综合测试集中，模型的平均决定系数为0.821，平均均方根误差为2.00。优化后，草本生物质（小麦秸秆、玉米秸秆）和木本生物质（榕树、松木）的热解挥发分产率为64.49%~78.62%，氢原子占比在3.77%~4.39%之间。在重整温度700 ^oC，蒸汽/生物质质量比0.71~0.88的优化工况下，小麦秸秆的氢气产量和CO₂负排放能力最高，分别为0.60 m³/kg与-1.74 kg /m³。采用生物质挥发分化学链重整制氢工艺，四种生物质的氢气产量相较常规气化分别增加了61%、35%、16%和34%。研究结果为生物质制备绿氢提供了有效的基础支撑。

针对氯碱生产精馏与固碱工段的腐蚀问题，研究了Q235碳钢在盐酸、氢氧化钠介质中的腐蚀行为，以及两种掺杂型环氧树脂有机涂层（EP-SiTiMg及EP-SiAlCa）的腐蚀防护性能与作用机制。结果表明，HCl浓度和温度升高均会增大Q235的析氢反应速率，加剧点蚀。在NaOH碱性环境中，当温度≤90℃时，碳钢腐蚀初期表面会形成钝化膜，腐蚀速率略有减小；当温度进一步升高，钝化膜逐步溶解，腐蚀速率加快至0.522 mg/(cm²·h)，达到严重腐蚀标准。EP-SiTiMg涂层在酸性环境中防护性能优异，150℃时仍可保持4×10⁹ Ω·cm²以上的高阻抗值，适合精馏工段长期应用；EP-SiAlCa涂层在<150℃的碱性环境中防护效果更好，腐蚀速率较碳钢降低52%以上，适合在相应作业温度范围的固碱工段使用。当温度达150℃时，两种涂层防护效果均小幅下降，涂层电阻均保持在10⁴ Ω·cm²左右，但仍对碳钢有防护效果。

金属有机框架（MOFs）作为新兴的膜材料，其变革发展正逐渐推动膜分离技术迈向1 nm尺度的精准分子分离。ZIF-8是至今研究最广泛的MOF膜材料之一，其晶体学<100>方向具有四元环孔口，临界直径介于乙烯和乙烷分子动力学直径之间。利用表面活性剂辅助合成策略制备｛100｝取向ZIF-8纳米薄片，并以此为基本构建模块制备｛100｝取向的超薄ZIF-8膜用于乙烯/乙烷的分离。膜的微结构表征与分离性能测试结果表明，得益于取向膜内形成了高度定向的四元环孔道且无晶界缺陷，实现了对乙烯/乙烷的精准分离。在25℃和101 kPa条件下，乙烯/乙烷分离选择性达6.8，乙烯渗透速率达7.33×10^-8 mol/（m²·s·Pa），且连续运行100 h无性能衰减。为推进MOF膜在同碳数烃等分子分离领域的理论与技术发展奠定基础。

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。

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。

天然气储量丰富，是优质的清洁能源，甲烷作为其主要成分，通常经由重整工艺来制备。而重整过程中由积炭烧结等引起的催化剂失活问题是阻碍该工艺大规模工业化发展的关键因素。基于铁基催化剂，从催化剂活性组分、载体、助剂以及制备方法等角度综述了甲烷裂解重整催化剂性能的研究进展。基于Ni-Fe双金属催化剂综述了甲烷蒸汽重整及二氧化碳重整催化剂性能的研究进展。阐述了催化剂的失活原因以及提高重整催化剂性能的方法。为了促进重整工艺的工业应用，未来应深度探讨铁基催化剂的积炭机理，选取合适的载体及助剂来优化铁基催化剂的性能。

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。

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。

CO₂直接空气捕集（DAC）技术相对于传统的固定源烟气捕集技术具有位置灵活、应用广泛等优势，但由于大气中CO₂浓度极低（仅为0.04%左右），DAC技术的高能耗成为阻碍其商业化的首要难题。聚焦吸附法DAC技术的能耗问题，先后进行理论分析和案例引证。DAC技术的CO₂分离理想最小功为19.64 kJ·mol^-1（温度298.15 K，捕集率50%，纯度95%），为同等条件下烟气捕集技术的3.5倍。再生温度393 K时变温真空吸附循环（TVSA）第二定律分离效率为22.75%。吸附、排空、再生、冷凝、压缩等过程主要通过机械能和热能推动。其中排空过程机械能仅占3%左右；冷凝过程热能可以通过回热循环回收；压缩过程机械能由目标压力决定，在部分研究中计入DAC能耗。吸附过程流动机械能受反应器压降主导，床层厚度减小和吸附剂有序堆积均能够改善流动损耗问题。再生过程热能占DAC能耗的主要部分，为50%~80%，再生温度、反应器与吸附剂的质量比、吸附剂对H₂O吸附性的强弱，均能造成热耗的成倍变化。在分析过程能耗的基础上，给出了吸附法DAC在反应器设计、循环方式及操作参数、自然环境及能量来源等方面的能耗优化建议。

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。

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。

为了提高电解槽性能，对质子交换膜（PEM）电解槽进行数学建模，分析了流道高度、流道宽度、水流量对电解槽性能的影响规律，然后基于标准二次多项式响应面模型与多目标遗传算法模型，优化了PEM电解槽流道结构。研究结果表明：随着流道高度或者流道宽度增大，阳极流道压降降低，气液扩散层内氧气体积分数增大，电流密度减小，电解能耗增大；增大水流量将增大流道压降，改善氧气聚集现象；通过多目标优化，优化流道结构相比于初始流道结构，压降减小9.84%，气液扩散层内氧气体积分数降低0.74%，电流密度提升6.77 A/m²，电解能耗降低0.03 W·h/m³（标准状况）。

近年来，随着新能源汽车的高速发展，对电池的比容量、循环效率以及安全性提出了更高的要求。硅基负极材料因超高理论比容量（4200 mAh/g）和丰富储量成为突破锂离子电池能量密度瓶颈的核心方向，但其产业化进程受制于锂化过程中>300%的体积膨胀及SEI膜动态破裂引发的结构失效。综述了国内外在硅材料与其他物质的材料制备、复合工艺、元素掺杂、结构设计、纳米化硅材料以及SEI膜研究等方面的前沿研究成果，并阐述了硅负极产业化方向的未来发展，为硅基负极的发展提供了重要参考。

金属有机框架（metal organic frameworks，MOFs）材料，以其高比表面积、大孔体积以及结构可调等特性，在气体储存、吸附分离以及催化等诸多领域引起了广泛关注。近年来MOFs的数量呈现爆发式增长态势，这使得针对特定应用场景探寻合适的MOFs成为一项极具挑战性的任务。在此情形下，高通量计算筛选（high-throughput computational screening，HTCS）成为从海量材料中筛选出高性能目标MOFs最为有效的研究方法。HTCS会产生大量多维的数据，而这些数据可进一步用于机器学习（machine learning，ML）训练。最近，将ML应用到MOFs的HTCS中成为新的热点，它不仅可以揭示材料潜在的结构-性能关系，还可以洞悉它们在不同应用中的性能变化，尤其是在气体储存和分离方面。本综述着重介绍了ML辅助HTCS在MOFs气体分离领域的最新技术进展，系统分析了在探寻高性能MOFs时ML与HTCS相互协同以提升筛选效率的内在机制，深入探讨了在这一新领域中呈现出的机遇和挑战。

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。

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。

衣康酸（itaconic acid，IA）是化工生产中的重要原料之一，是最具发展潜力的高附加值平台化合物之一，可以替代石油基丙烯酸和甲基丙烯酸；也可发挥抗炎、抗病毒和免疫调节等药理作用，有望在医药研发领域成为潜在药物候选分子。结合国内外研究现状，系统综述了衣康酸生物合成途径、生物合成研究进展以及产量提高策略，并对衣康酸的未来研究方向进行展望。

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。

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。

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。

氢能是目前最具前景的清洁能源之一，通过可再生能源电解水制氢可以实现绿氢生产，但氢气的高效储存和运输难度较大。氨是高效的储氢材料，但合成氨所需高温高压的反应条件致使过程能耗较高，因此发展可再生能源电解水制氢-低温低压合成氨工艺对于能源绿色转型和企业低碳发展具有重要意义。基于Aspen Plus流程模拟软件，设计开发了可再生能源电解水制氢-低温低压合成氨工艺流程，并结合合成氨工业示范企业的生产条件，合理设计万吨级合成氨示范生产工艺。采用光伏发电联合电网为碱性电解水制氢装置供电，在85℃、1.6 MPa下生产1000 m³/h（标准工况）纯度为99.999%的氢气。为了满足万吨级合成氨需求，进一步结合示范企业现有氮气和氢氮混合气共同进料，在400℃、7 MPa下反应生成氨，经氨冷分离得到纯度为99.9%的液氨产品。此外，对耗能较高的合成氨工艺进行四次换热设计，节省能耗。本研究为可再生能源电解水制氢-低温低压合成氨的工业示范提供参考。

机器学习和数据科学相关研究从计算机科学学科涌向化学工程，将为化学工程领域创造变革范式的机会，其中物理信息神经网络（PINN）因将物理方程嵌入神经网络中使得网络输出满足物理规律而获得广泛关注。首先介绍PINN的算法思想及其采样策略；进一步讨论对PINN的损失函数不同的处理方式，主要包括无观测值、方程降阶、方程离散化和只嵌入部分物理方程等；最后概述了PINN方法在气液两相流、多孔介质两相流、液固两相流、两相流传热等领域最新进展。

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。

锂离子电池因其高能量密度、低成本与长循环寿命在近年来得到广泛应用，电池模型的研究也迅速发展。与等效电路模型相比，机理模型能够对不同温度、不同工况下电池的性能表现进行高精度预测，然而模型的精度高度依赖参数的精度，传统侵入式测量方法烦琐且精度无法保证，基于电压、电流等数据对电池模型的参数进行辨识成为研究的热门。综述了锂离子电池机理模型参数辨识的关键步骤，包括模型建立、参数敏感性分析以及最终的参数寻优。

在“双碳”目标推动下，精细化加工和节能降耗成为新趋势，“分子炼油”技术是炼油行业绿色创新和高质量发展的关键。从石油烃中高效分离芳烃，为芳烃按需加工提供优质原料，是实现“分子炼油”理念的重要技术途径。详细介绍了芳烃与非芳烃及芳烃组分间分离技术研究现状，进一步总结了芳烃分离技术选型策略，并提出了芳烃分离低碳工业化主要发展方向，从而实现芳烃高值化利用和化工行业可持续发展。

随着能源消费的不断增加，CO₂排放量逐年递增，引发了全球性的气候问题。有机胺是常用的CO₂吸收剂，但过高的再生能耗导致CO₂捕集成本居高不下。基于有机胺开发的液-液相变吸收剂可以显著降低能耗。液-液相变吸收剂在正常条件下呈均相，但极性、亲水性或氢键强度发生变化时会触发相变，只需将富集CO₂的一相进行再生，从而降低再生能耗。基于分相特性、相变机理、吸收负载和再生能耗等关键信息，综述了最近几年液-液相变吸收剂的研究进展。最后结合CO₂捕集需求，指出了其他待完善的研究内容，展望了未来的研究方向。

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。

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。

喷雾冷却因具有散热能力强、工质用量少、接触热阻低等优点，已成为解决大功率电子元器件散热问题的有效途径。通过梳理喷雾冷却的换热机理及主要强化传热手段，指出了喷雾冷却技术目前所面临的挑战和瓶颈，以及未来的主要发展方向。首先，回顾了喷雾冷却过程中热量传递的基本形式，通过与其他散热方式进行对比，发现复杂的换热机理使得喷雾冷却在实现高热通量散热方面极具发展潜力。其次，详细介绍了喷雾冷却各类强化手段实验研究的最新进展，包括工质改性、表面处理、喷雾参数优化以及施加外部物理场等。随后，着重介绍了基于外加电场的新型静电喷雾冷却技术的最新研究进展情况。最后，对喷雾冷却技术后续在理论研究和工业应用中的机遇和挑战进行了探讨。

轻量化和多功能性已成为航空航天领域飞行器结构设计和制造的发展需求，负泊松比材料轻质多孔的结构形式和优异的力学性能，是满足这一需求的新载体。本文从负泊松比结构的种类和变形机理角度出发，重点论述了不同维度下改进设计后负泊松比材料的结构特点及其性能的变化，同时讨论了负泊松比材料在航空航天领域的应用前景，最后对负泊松比结构在未来发展中可能遇到的挑战和机遇进行了总结和展望。

针对大型碱性水电解制氢系统的气体交叉问题，分析了氧气中杂质氢气的引入机制，建立了氧中氢（HTO）计算模型，采用千标方级制氢装置验证了模型的准确性，通过模型量化了各引入机制对HTO的贡献比例，研究了操作参数对HTO的影响规律，提出了氧中氢控制措施。结果表明：模型对HTO的预测精度较高，可有效反映低负载工况下系统氧中氢特性；碱液循环混合、氢气跨膜浓差扩散是形成HTO的主要机制，旁路电流电解、压差对流对HTO影响较小，但旁路电流对系统低负载时的产氧量影响较大，间接导致了HTO升高；可采取优化制氢装置操作参数、提高低负载时氧气流量等措施对氧中氢进行控制。研究结果能够为大型可再生能源耦合碱水制氢系统的设计和项目运行提供参考。

层状镍钴锰酸锂（LiNi_1－x－y Co _x Mn _y O₂，0<x+y<1）因具有能量密度高和成本低等优点，是备受关注的动力锂离子电池正极材料之一。然而，该材料在充放电循环过程中因锂离子脱出和晶格氧逸散引起的不可逆相变、过渡金属离子溶出等因素导致容量衰减、结构损坏和安全隐患，严重制约了其在电动汽车上的应用。表面包覆改性技术通过增加正极材料与电解质之间的界面稳定性、抑制微裂纹产生以及提高电池的热稳定性，能够有效提升正极材料的循环稳定性和安全性能。本文在分析高镍三元正极材料界面降解机制的基础上，系统介绍本课题组在提升高镍正极材料电化学性能方面开展的一系列创新性包覆策略，旨在为高性能锂离子电池正极材料的开发应用提供新的思路。

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。

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。

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。

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。

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。

近年来，以绿氢为代表的零碳能源的推广与使用已成为国家碳中和发展战略的重要组成部分，大力发展包括电解水制氢技术在内的绿氢能源是我国能源转型的重要研究方向。设计和开发高效催化剂是提升电解水制氢（HER）能力的关键因素。镍基过渡金属磷化物是一类重要的非贵金属电解水催化剂，其中磷空穴（P_v）的存在可以促进H^*的解吸，富集催化剂上的电子。同时磷的存在能够降低Ni—H键能，优化析氢活性。这类催化剂不仅在强碱性溶液中，而且在强酸性和中性介质中均具有优异的性能。以镍基磷化物催化剂为基础，介绍了电解水制氢原理及相关催化剂类型，并总结了镍基磷化物中镍、磷物种分别在电解水中的作用机制，可为后续高效镍基电解水催化剂的开发提供一定的理论指导。另一方面，根据镍基磷化物催化剂的制备方法，归纳了镍基磷化物催化剂的制备影响因素，并总结出调整其催化活性的基本策略，包括掺杂金属和非金属元素、制备多金属镍基磷化物以及构建由其他过渡金属磷化物组成的多组分异质结构等。最后讨论了镍基磷化物催化剂在电解水制氢过程中的研究进展，对提高镍基磷化物电解水制氢的催化效率和稳定性提出了一些建议。

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。

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。

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。