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。

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。

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。

氧化还原酶是生物催化过程中应用最为广泛的一类酶，其可以在温和条件下高选择性进行催化，在化工、医药、农业等领域发挥着重要作用。大部分氧化还原酶催化的反应需要烟酰胺辅因子参与。烟酰胺辅因子价格昂贵，大量外源添加会加重成本，无法满足工业生产的要求，因此开发高效经济的辅因子再生策略对氧化还原酶的工业应用具有重要意义。在常用的辅因子再生方法中，酶法因其高效绿色的特点得到了广泛的应用。其中，辅酶自循环的氧化还原级联体系是一种特殊的酶法再生烟酰胺辅因子策略，它能结合多酶级联催化，在不添加任何共底物的情况下，完成烟酰胺辅因子内部的自给自足循环再生。相比其他酶法再生策略，其具有副产物少、原子经济性高等突出优势。本文按照酶促反应进行的顺序将辅酶自循环的氧化还原级联体系分为四大类进行讨论，并以醇/醛脱氢酶为基础，综述了该体系应用于生物催化过程的机遇与挑战，为进一步开发更高效的辅酶自循环的氧化还原级联体系提供思路。

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。

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。

高性能膜材料是膜分离技术的“芯片”，发展新型高效制备方法是膜分离领域的重要研究方向。以数字模型为基础的3D打印技术，在复杂结构器件精密构筑方面展现出了优异的灵活性。近年来，3D打印技术在高性能膜材料开发方面的应用被广泛关注。本文从制备方法、性能强化等方面介绍了3D打印多孔陶瓷膜的研究进展，探讨了多孔陶瓷膜3D打印技术面临的挑战，并对3D打印技术在陶瓷膜领域的潜在发展方向进行了展望。

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。

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。

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。

气固分离装备的发展对于实现高温烟气的高效除尘净化具有重要意义。基于单一气固分离机制的除尘装备难以实现精细除尘的目标。将离心分离和移动床分离耦合在同一装备中，实现两种分离机制的协同强化无疑是一种解决方案。在该耦合装备中，旋风壳体和移动床内气相、捕集颗粒、粉尘的运动较之常规单体旋风分离器、移动床均具有一些独特的特性。通过压降-时间响应曲线发现该新型耦合分离装备具有自清洁功能。该装备对黏附性微细粉尘的捕集效率在95%以上；旋风壳体分离了10 μm以上颗粒物，而内置颗粒床捕集到的粉尘粒径在10 μm以下，验证了二者在同一装备中的协同强化。但是，强化自清洁效应和提高捕集效率构成了一对矛盾。研究表明，该新型耦合分离装备仍具有很大的性能提升空间。

锂硫（Li-S）电池因其超高的理论能量密度（2600 Wh·kg^-1）有望成为下一代高能量密度电池的候选者之一。然而，它存在硫利用率低、容量衰减快以及多硫化锂（LiPSs）发生“流失效应”等问题，这使得Li-S电池反应动力学缓慢，严重限制了其实际应用。物理限制、化学吸附等方法可以加速硫、LiPSs和Li₂S之间的氧化还原反应，减少LiPSs的流失，加速动力学过程，使电池具有高能量密度和长循环稳定性。基于整体电化学反应过程，对近些年使用的材料如何促进动力学进程、阻止LiPSs的流失，以及相应策略的评价进行了综述，以指导提升电池动力学性能的合理设计和Li-S电池的实际应用。

液流电池具有安全性高、性价比高、寿命长、环境友好等特点，是大规模储能的首选技术之一。离子传导膜是液流电池的关键材料之一，其性质和成本与液流电池储能系统的性能和成本直接相关。多孔离子传导膜基于“尺寸筛分”效应实现对活性物质的隔离和对载流子的传导，具有选择性高、离子传导性高和稳定性好等特点，在液流电池中具有良好的应用前景。通过多孔离子传导膜的结构调控，可以进一步优化多孔离子传导膜的选择性、传导性等性能，从而推动液流电池的产业化。本文基于多孔离子传导膜的研究进展，总结不同多孔离子传导膜的修饰策略，包括成膜参数的调节、混合基质多孔离子传导膜的制备、 复合多孔离子传导膜的制备和后处理，为离子传导膜进一步的结构调控和性能优化提供理论指导。

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。

电渗析海水制盐、氯碱工业中的盐水精制、盐湖提锂以及冶金行业中的废酸废碱资源化，均要求实现相同电荷不同价态的离子分离，因此离子精准分离是化工生产中的重要一环。选择性电渗析是将电渗析中普通阴阳离子交换膜替换为具有一/多价分离特性的离子膜，进而实现离子的选择性分离。本文详细介绍了一/二价离子膜分离机理以及制备路线；同时也对选择性电渗析的主要膜堆结构以及工作原理进行了阐述；详细介绍了选择性电渗析目前在离子分离中的应用与机遇；指出了选择性电渗析在应用中面临着投资成本高、稳定性较差、容易发生浓差极化等挑战；最后在膜堆构造优化、多过程耦合以及工业化制膜等方面进行了展望。

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。

多孔液体是结合了固-液两相优势的具有稳定永久空腔结构及流动性的新型材料，具有优异的物理化学特性和广阔的应用前景。本文回顾了多孔液体的研究和发展历程，重点总结了各种不同类型多孔液体的设计合成、物性表征和机理模拟计算方面的研究进展，详细分析了多孔液体的形成和作用机理，介绍了多孔液体在气体分离、手性诱导、萃取分离及催化等方面的应用及进展。最后，对多孔液体的未来发展方向进行了展望。

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。

直接碳燃料固体氧化物燃料电池（direct carbon-fueled solid oxide fuel cells，DC-SOFC）是一种通过电化学过程将碳燃料的化学能直接转化为电能的发电装置，具有优异的发电效率、高的燃料利用率及低的碳排放。然而，相比气体和液体燃料，固体燃料的流动性较低，因此如何提高固体燃料传输速率并有效促进阳极反应动力学过程，以及在工作状态下高效、便捷地添加燃料是目前DC-SOFC要解决的关键问题。本文综述了近年来直接碳固体氧化物燃料电池结构的研究进展，总结了电池宏观结构与阳极微观形貌方面的发展，讨论了碳燃料固体氧化物燃料电池亟待解决的问题及发展方向。

膜分离技术具有低能耗和高选择性的优势，已成为离子分离的重要手段。氧化石墨烯（GO）具有单原子厚度，表面富含多种含氧基团，利用其构筑的层叠膜展现出精确的离子筛分性能。本文系统地介绍了GO膜在离子选择性传递调控方面取得的研究进展，从层叠通道调控和电荷修饰两个角度对GO膜的离子选择性传递性能进行阐述。对于层叠通道，可采用部分还原法、物理插层法、化学交联法进行精确调控，实现GO膜对离子筛分性能的强化。对于电荷修饰，常采用正/负电荷改性策略对GO膜与离子间的长程静电作用进行调控。本文将深化对GO层叠膜离子选择性传递机制的认识，同时提出该领域的发展方向，以期促进GO膜在离子分离领域的进一步发展。

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。

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。

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。

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。

随着全球暖化研究的深入，非二氧化碳温室气体（非二气体）日益受到重视，其温升效应大，寿命长，能够带来巨大的温室效应，因而成为近年来的研究热点。其中对非二气体的高效捕捉是目前面临的难点和新挑战。多孔材料吸附捕捉是一种低能耗的气体捕集分离技术，关键在于高效的吸附剂开发。金属-有机框架材料（MOFs）因其结构多样，孔道的高度可调控性能，以及具有丰富的开放金属位点等特点为非二气体的分离和捕捉提供了新的机遇。以此为主题，总结了近年来MOF材料在非二气体分离方面的研究成果，分析了各材料的分离机理与性能，展望了未来MOFs材料在非二气体分离领域的挑战与机遇。

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。

金纳米团簇(金簇)凭借其丰富的光学性能和独特的纳米结构在催化、生物成像、传感、分析检测、药物传送、显示和照明等领域脱颖而出。然而，较低的量子产率和单一的发光波段严重阻碍了金簇的发展前景，制备可调谐、高量子产率、长寿命的金簇已成为目前该领域的研究重点。主客体包结、嵌入聚合物基质以及氢键、静电作用力等超分子策略已被广泛用于调控金簇的发光行为，有效地提高金簇发光量子产率。鉴于此，系统阐述了超分子策略调控金簇发光行为的机理，总结了近年来基于超分子策略构建及调控多功能金簇发光行为的研究进展，并展望了金簇发光领域面临的机遇与挑战。

四丁基溴化铵（TBAB）是一种广泛使用的水合物促进剂，可以显著降低水合反应的形成条件。针对TBAB水溶液中离子与溶剂间较强的相互作用力，采用电解质NRTL方程确定液相组分的活度系数，结合含TBAB水合物的晶体结构特征和Chen-Guo水合物模型，建立了TBAB水溶液体系中水合物形成热力学条件的预测模型。与TBAB质量分数为5%~60%的221个实验数据点进行对比分析，结果显示温度平均相对误差为0.112%，预测值与实验数据具有较好的一致性。通过关联混合电解质体系下盐-溶剂间的交互作用参数，该模型还可进一步扩展到TBAB+NaCl复合盐体系下水合物相平衡条件的预测。在TBAB质量分数范围为5%~20%、NaCl质量分数为3.5%~10%的复合盐溶液体系中，CO₂形成半笼型水合物的相平衡条件的实验值与预测值的温度偏差范围为0.01~1.17 K，二者比较吻合。本模型可以为水合物法气体分离、气体储运等技术的实际应用和工艺包开发提供理论基础。

微流控技术制备微气泡因其过程可控、操作范围宽等特性而备受关注。选择阶梯式T型微通道作为微气泡生成的设备，利用高速摄像机研究了高气相含量下气泡群的自组装行为和流动特性，探索了液相体积流量、液相黏度、气相输入压力和通道宽度等因素对气泡群的影响规律。结果表明，只有当通道内的气相含量大于液相含量时才能形成有序的气泡群(气泡群晶体)，且气泡群晶体在受限空间内能够沿着通道宽度或深度方向自组装成不同行数的结构。此外，系统研究了不同操作参数对气泡群晶体运动速度的影响规律。气泡群晶体运动速度随着液相体积流量变化的规律与气液两相的总体积流量变化规律一致。最后，提出了提升气液体系流动理想性的策略，并构建了预测气泡群晶体流动理想性的无量纲数学模型。

气流床煤气化炉是多相湍流反应器，伴随燃烧、变换等均相反应过程，可由eddy dissipation concept（EDC）模型模拟湍流-化学反应相互作用，但需修正模型参数。以1500 t/d多喷嘴对置水煤浆气化炉为对象，分析了Realizable κ-ε条件下气化炉EDC模型的参数修正范围，考察了EDC模型参数对合成气温度和组成的影响。结果表明，当C_D1=0.213时，0.272≤C_D2≤2.268。在此范围修正EDC模型参数，气化炉出口温度、CO和H₂体积分数相对误差比修正前降低，最小可分别达到-2.54%、-3.93%和0.74%，模型修正范围可靠。默认参数的EDC模拟温度和组成结果始终处于边界参数模型范围内，且该范围越靠近气化炉出口越窄，各模型模拟结果趋于一致。

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%。

近年来，煤基合成甲基丙烯酸甲酯(MMA)工艺获得广泛关注，但甲醛、丙醛羟醛缩合反应存在反应过程不连续、分离回收过程复杂等瓶颈问题。本文以表面改性的二氧化硅(SiO₂)纳米球为乳化剂，乳化剂颗粒交联进一步“加固”，在液滴周围形成了致密SiO₂壳层，构筑了强化型油包水(W/O)Pickering乳液。该Pickering乳液催化体系不仅实现了催化剂的“固载”和羟醛缩合温和反应过程的非均相转化，也为其他均相催化反应体系提供了机遇。

血糖是临床手术中非常重要的生理指标之一，其不仅能灵敏反映术中患者的肾脏功能情况，还直接影响了术后愈合及生理康复。然而，现有的临床检测设备，如血糖仪、生化分析仪等，仅能间歇性反馈检测结果，难以实现术中病患血糖的动态监测。针对以上难题，提出将膜分离技术与生物传感技术相结合，构建可同步实现全血动态分离与血糖在线监测的分离传感膜。通过层层自组装法将普鲁士蓝(PB)纳米颗粒和金(Au)纳米颗粒原位共生长在钇稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷中空纤维膜上，探究了不同组装层数的PB/Au对分离传感膜的表面亲疏水性的影响，评估最佳制膜条件下的血浆分离效果与血糖电化学检测性能。结果表明，当PB/Au组装层数为60层时所得分离传感膜具有最佳的亲水性，且能完全截留住全血中的红细胞、白细胞及血小板。该分离传感膜对葡萄糖的检测灵敏度为0.876 μA/(mmol/L)，检测范围达到1~15 mmol/L，并能同步实现真实人血样本的动态分离与检测过程。

变温吸附是一种有效的二氧化碳(CO₂)捕集技术，但变温过程需要消耗大量能量，尤其是加热和降温过程。将被动辐射制冷和太阳能加热相结合并应用于聚吡咯基氮掺杂多孔碳PPy-650对CO₂的捕集过程，从而实现变温系统的低能耗。在吸附过程中，聚(偏氟乙烯-六氟丙烯)膜[P(VdF-HFP)_HP]覆盖于吸附剂层，在太阳光照射下通过辐射冷却效应将吸附剂冷却至室温以下。对于脱附过程，将具有优异光热转换能力的PPy-650暴露在太阳光下，利用光能进行加热。整个加热和冷却过程完全由太阳能驱动，不需要额外消耗能量。700 W/m²模拟光下的吸附-脱附循环测试结果表明，PPy-650在这一变温吸附系统中具有良好的CO₂工作容量(35.69 cm³/g)。经过真实太阳光下的吸附/脱附循环后，PPy-650的吸附能力未见下降。

具有功能性端基的全氟聚醚具有优异的化学稳定性及较强的加工可塑性，被广泛用于航天航空、电子、化工等领域。在其制备及应用过程中，基于核磁共振技术的结构表征和解析至关重要。然而由于全氟聚醚及其活性化合物的结构复杂、分子量大且分布较宽，因此在核磁测试中存在制样难、主链骨架结构和端基难以分辨和归属等问题，进而影响对全氟聚醚的定性定量分析。针对Z型惰性及活性全氟聚醚的结构解析，系统考察了不同种类氘代试剂和含氟助溶剂的复配、样品浓度、测试条件等因素的影响，探索得到较优的核磁样品制备条件；进一步分析了Z型全氟聚醚混合物的氟谱，确定了全氟聚醚的主链结构和端基的归属；利用端基分析法计算得到分子量及聚合度、两组分全氟聚醚混合物组成。