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。

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。

微分散是微化工技术的重要组成部分，其装备和过程的复杂性使得相关研究受到诸多限制，传统思想指导下微分散基础研究以“设计-实验-模型”为思路，进展缓慢。近年来，人工智能方法因其强大的识别和回归能力在化工领域备受关注，人工智能辅助的微分散基础研究有利于形成微化工过程认识的新范式，促进微化工技术发展。本文介绍了人工智能方法的一般思路及其针对微分散研究的适用性，综述了人工智能技术在显微图像识别、液滴和气泡分散尺寸预测以及微分散过程控制和优化中的研究进展，对未来基于人工智能的微化工研究进行了展望。

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。

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。

吸热型纳米流体燃料是一种有潜力解决高超声速飞行器发动机过热问题的新型燃料。为探究吸热型纳米流体燃料的裂解性能，并为后续研究提供参考，首先介绍了纳米流体燃料的分散稳定性机理，并概述了其制备及提高稳定性的方法；其次，综述了吸热型纳米流体燃料的裂解研究进展，从纳米添加剂、有机保护配体及反应机理和路径等多方面分析了影响裂解的关键因素；最后对吸热型纳米流体燃料的未来发展趋势提出展望。

膜分离技术因操作简单、效率高、环境友好等特点，被誉为最具发展潜力的分离技术之一。金属有机骨架是一种新兴的分离膜材料，其可调变的孔道微结构、高孔隙率、拓扑结构多样性，使其在一/二价离子分离方面具有良好潜力。回顾了近二十年金属有机骨架膜在一/二价离子分离的研究进展并深入探讨了其传递机理，此外，也系统总结了金属有机骨架膜的制备方法，探讨了金属有机骨架膜在一/二价离子分离领域面临的挑战及未来研究方向。

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。

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。

随着双碳政策的推进和可再生能源的快速发展，能源存储技术成为解决能源转型和可持续发展的关键支撑。氧化还原液流电池（RFB）是一种用于大规模储能的电化学器件，具有设计灵活、存储容量大、循环寿命长、安全性高等特点。然而受氧化还原介质分子溶解度的限制，其能量密度相对较低，同时可实用化的体系较少。为解决这一问题，基于固液氧化还原靶向反应的能量存储技术应运而生。氧化还原靶向液流电池（RTFB）在提高能量密度的同时保持良好流动性，克服了传统RFB的限制。综述了近年来该技术在材料、器件及动力学方面的研究进展，包括各种材料的特点、器件的设计及性能以及动力学过程的表征与建模。最后总结当前研究的不足之处并展望未来发展趋势。

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。

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。

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。

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。

阳离子聚合是制备高分子材料的重要方法之一。因阳离子聚合反应活性高、可控性差，采用传统的方式对其进行深入研究难度往往很大。微反应器技术因其优异的过程控制能力在阳离子聚合研究中表现出得天独厚的优势。本文介绍了微反应器内传统阳离子聚合和活性阳离子聚合的研究进展，论述了微反应器对提高异丁烯、乙烯基醚类单体阳离子聚合反应可控性、反应效率以及机理研究的重要作用，探讨了阳离子聚合体系和装备理性设计的方向。

作为一种生物分子构建单元，肽具有生物相容性、可降解性、多功能性和序列可调性等特性。利用肽分子的非共价化学，可以实现具有多尺度结构的新型材料的可控构建，为开发生态友好、生物可降解和生物再利用的绿色生物可循环材料提供了新策略。然而，如何利用肽非共价化学策略进行单分子设计，并实现绿色生物可循环材料的可控构建和功能化应用，面临着重要挑战。本文从肽分子间的弱相互作用力协同角度，介绍肽非共价化学的策略，并详细阐述实现绿色生物可循环肽材料可控构建的单分子设计策略。最后，对基于非共价化学的绿色生物可循环肽材料在仿生光合成和光催化、药物递送和疾病诊疗以及可加工材料等领域的应用进行综述。

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。

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。

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。

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。

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。

填料作为旋转填料床的核心部件，是物料微观混合和传质反应过程发生的重要场所。填料的结构、材质组成、填装方式决定了填料的功能性，进而直接影响到旋转填料床的传质性能、使用寿命和应用范围，故而增强填料的功能性显得尤为重要。功能性填料通过改变常用填料的表面性质、调节形态、设计结构等手段，使填料具有如吸附、催化、疏水等的功能特性，在提高旋转填料床的性能和运行效果方面表现出优异的成效。综述了在旋转填料床中功能性填料的主要分类与特点，总结分析了近年来功能性散装填料和规整填料在旋转填料床中的应用情况，从增强传质特性和改善液体流动行为方面分析了填料功能特性的体现，并对功能性填料的发展方向和工业化前景做出了展望。

药物制剂不仅关系国计民生，而且也是国家安全和科技竞争的战略重点。理论计算在药物制剂设计过程中发挥了重要作用，有关药物制剂设计中的现代理论计算方法一直备受关注。近年来，随着人工智能等新兴技术的飞速发展，药物制剂的研发模式也逐渐向大数据驱动的智能设计模式转变。首先，阐述了理论计算在药物制剂设计中的重要性。然后，重点探讨了药物制剂设计中理论计算的研究现状，分别对分子模拟、热力学计算和人工智能等方法进行了归纳和总结，深入分析了各类方法的优缺点。在此基础上，讨论了理论计算在药物制剂设计中面临的挑战，并对其未来发展方向提出了展望，有望为药物制剂的智能设计提供参考与指导。

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。

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。

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。

我国CO₂的排放中70%来自工业领域，故工业过程的碳捕集对实现“双碳目标”十分关键。工业烟气中往往含有的硫氧化物会腐蚀设备并使后续脱碳等过程使用的催化剂中毒。因此，工业烟气的深度脱硫技术对后续的CO₂捕集或提纯过程至关重要。循环流化床半干法烟气脱硫因具有脱硫效率高、无污染、停留时间可控等优点受到广泛关注。循环流化床脱硫工艺中作为脱硫剂的脱硫灰颗粒为典型Geldart C类颗粒。由于C类颗粒的强黏附性，其在循环流化床操作中容易结块，从而影响装置稳定运行。为了强化脱硫灰颗粒在循环流化床内的流动稳定性，提出了环流强化的耦合提升管反应器的概念，并自行设计搭建了一套导流筒内径100 mm、高度300 mm，外筒内径160 mm、高度760 mm，输送段内径75 mm、总高度12.6 m的环流耦合提升管。在U_g = 4 m/s、G_s = 45 kg/(m²·s), U_g = 7 m/s、G_s = 25 kg/(m²·s)的操作条件下，考察了环流段的压力分布、标准差以及功率谱密度。当环隙区气速为0.4 m/s时，环流流动能够实现稳定、连续的密相环流流动。在C类颗粒形成稳定流动基础上，讨论了环流耦合提升管内的流动特性分布规律，包括固含率和颗粒速度。实验发现，环流流动的设计可以强化C类颗粒的流动特性，大幅提高耦合反应器内C类颗粒脱硫灰固含率，并实现了C类颗粒循环流态化装置的稳定运行。同时，这些研究结果可以为C类颗粒新型循环流态化反应器设计提供参考。

介尺度结构显著影响非均匀气固复杂系统内的流动传递反应特性。构建了结构双流体传热模型用于模拟复杂气固系统内的流动传热过程，按照流动控制机制将鼓泡床系统划分成由气体主导的气泡相和颗粒主导的乳化相两个相互渗透的连续流体，进而确立考虑介尺度结构影响的控制方程及本构关系，其中相间曳力、乳化相黏度、相间传热系数及各相热导率均采用合理的经验关联式进行封闭。利用双流体传热模型与显式解析壁面流动和传热边界层方法相结合，对安装加热管的鼓泡床系统进行了模拟。结果表明：结构双流体传热模型可成功预测鼓泡床系统内固含率的轴向分布及床层壁面传热系数的变化规律；模拟结果与实验数据吻合较好，密相区壁面传热系数模拟值与实验值的相对误差小于10%，稀相区壁面传热系数的模拟值与实验值在同一量级，表明结构双流体传热模型可准确刻画鼓泡床系统内气固两相的流动传热特性。

在降低工业热脱水工艺能耗的迫切需求下，基于反应耦合基本原理，报道了一种低温水煤气变换反应耦合水合氯化钙低能耗脱水的新策略。以工业水合氯化钙为原料，将其中具有一定化学反应活性的结晶水作为反应物与CO耦合反应，在413 K下即可制备得到符合国家标准（GB/T 26520—2021）要求的Ⅰ型工业无水氯化钙产品（CaCl₂·0.38H₂O），较在N₂条件下获得同等结晶水含量产品的处理时间缩短了1/3，说明耦合催化脱水策略在降低过程能耗方面具有优势。原位FTIR和CO-TPD-MS实验研究表明，CO可化学吸附或准化学吸附于水合氯化钙样品表面，结合MS分析在脱水产物中检测到CO₂和H₂，说明发生了一定程度的耦合催化脱水。进一步，对所得无水氯化钙样品进行SEM、压汞测试及水蒸气吸附测试，结果表明，与CO耦合反应使得无水CaCl₂样品形成了较为丰富的孔结构，在作为干燥剂使用时有利于增加与水的接触面积，从而使其表现出比商用无水氯化钙更快的吸水速率。本工作报道的低能耗耦合催化脱水策略有望拓展至更多材料的脱水环节。

合理设计高活性、高选择性、高稳定性、低成本纳米结构催化剂是电催化硝酸根还原制氨的一个重大挑战。采用水热法耦合原位还原法制备了厚度可控的聚吡咯包裹五重孪晶铜纳米线催化剂，实现了低偏压下产氨活性、法拉第效率的提高以及对抗腐蚀能力的大幅提升。偏压为-0.4 V（可逆氢电极）时T-CuNW-10样品合成氨活性达到13.83 \mathrm{m}\mathrm{g}·\mathrm{m}{\mathrm{g}}_{}^{-\mathrm{1}}·{\mathrm{h}}^{-\mathrm{1}}，偏压-0.7 V（可逆氢电极）时达到23.24 \mathrm{m}\mathrm{g}·\mathrm{m}{\mathrm{g}}_{}^{-\mathrm{1}}·{\mathrm{h}}^{-\mathrm{1}}；中间产物亚硝酸根与产物氨二者加和的法拉第效率（FE）接近100%；腐蚀电流降低至3.14 μA·cm^-2。最终实现催化剂高效稳定硝酸根还原制氨性能的提升，可为开发设计工业应用催化剂提供思路参考。

旋转填充床反应器（RPB）中液体的高速冲刷和较强的离心力容易导致整体式催化剂的涂层和活性组分从基体表面脱落造成损失，限制了整体式催化剂在RPB反应器中的应用。因此，研究整体式催化剂涂层和活性组分的黏附性，以提升催化剂在RPB反应器中的催化活性和使用寿命具有重要意义。基于此，采用超重力喷涂法在泡沫镍（NF）基体表面负载氧化硅（SiO₂）涂层，制备了具有高黏附性的Pd/SiO_2(x)/NF整体式催化剂，通过超声振荡、BET、XRD、SEM和XPS等对整体式催化剂进行测试和分析。当RPB反应器的转速为1200 r/min时，整体式催化剂具有优异的黏附性能，涂层的脱落率为4%。以对硝基苯甲醚（PNA）催化加氢制备对氨基苯甲醚（PA）为探针反应，RPB反应器中Pd/SiO_2(1200)/NF整体式催化剂具有较好的催化活性，180 min 时PNA转化率为98.9%。本工作可为开发高黏附性的整体式催化剂提供新的途径。

氟代碳酸乙烯酯（FEC）是锂电池电解液添加剂的重要组分之一，其工业制备方法主要为卤素交换法，即氯代碳酸乙烯酯（CEC）与氟化钾（KF）通过取代反应制备FEC。该工艺中，取代反应速率受限于KF相际传质速率，且CEC易发生消去反应生成碳酸亚乙烯酯副产物。针对上述问题，研究了相转移催化剂（PTC）结构对KF相际传质速率和CEC制FEC主副反应能垒的影响规律和调控机制。优化条件下，PTC为[bmim][BF₄]（1-丁 基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐），溶剂为乙腈，反应温度为乙腈回流温度（81.6℃），n（KF）∶n（CEC）=2.5∶1，此时FEC收率高达91.94%（摩尔分数）。密度泛函理论计算表明，在乙腈中[bmim][BF₄]能与KF形成配合物，增加K⁺和F^-的核间距并降低KF的溶解自由能，从而强化相际传质并降低取代反应能垒，实现CEC经KF取代高效制备FEC。

以乙烯基咪唑为单体，添加不同量的引发剂，采用常规热聚合中自由基聚合的方式，合成了不同分子量的聚乙烯基咪唑，热重（TG）分析表明该聚合物具有良好的热稳定性。采用季铵化反应，对最优聚合物进行1-氯代十八烷、1-氯代十二烷以及1-氯代正己烷三种不同烷基链长度的取代，合成系列聚合离子液体（PIL）。通过傅里叶红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）、接触角等表征手段分析了聚合离子液体的化学结构及形貌特征，并考察了PIL-C₁₈、PIL-C₁₂、PIL-C₆催化环己烷选择性氧化为己二酸的性能，进而选取PIL-C₁₂深入研究了离子率对催化性能的影响规律。结果表明，烷基链段长度以及离子率可以有效调控亲疏水性和反应活性位点，进而提高反应性能，使得反应生成己二酸的转化率达到21.8%，选择性为41.5%。

利用硬模板法制备了中空多孔碳球（MHCS），系统研究了热处理温度、金属负载量、刻蚀前后对MHCS电磁参数的影响。从中选取高介电损耗值（ε″）的MHCS-800（ε″ = 213）作为催化剂载体，并以SCS-800（ε″ = 50）和SCS（ε″ = 0.08）作为对比样品，经磺化后用于催化果糖水解制5-羟甲基糠醛，根据在微波加热和常规油浴条件下的反应动力学探究了ε″对微波催化效果的影响。结果表明，在80 W微波功率辐照下使用MHCS-800-SO₃H作为催化剂，5 min转化率即可达97.7%；反应速率常数（k）为0.76 min^-1，是常规加热（k = 0.0847 min^-1）的8.97倍，该催化剂相较于SCS-800-SO₃H和SCS-SO₃H的微波催化效果（k比常规分别提升了164.9%、11.9%）更加显著。以上研究结果源于中空多孔结构和高的石墨化程度相耦合更有利于在催化剂颗粒表面形成“热点”，从而加速催化反应。

过渡金属和氮掺杂的碳（M-N-C）由于优异的电催化活性以及较低的生产成本，成为铂基催化剂的替代。然而，目前的M-N-C催化剂通常涉及金属盐、含氮物质和碳载体的结合，在经过热处理和酸洗过程后得到的催化剂在活性位点密度和传质能力上性能不足。采用分步负载金属法制备了Fe、Co双金属掺杂的M-N-C催化剂。利用Zn²⁺和Co²⁺的竞争效应，成功合成了小尺寸且均匀的Zn-Co-ZIFs双金属沸石咪唑骨架。随后，在不形成金属团簇的前提下将最大量的Fe原子嵌入C-Zn-Co-ZIFs-H⁺前体结构中，使其在热解后能产生大量的FeCo—N _x 活性位点。这种改进显著增加了FeCo-N-C-2催化剂中Fe活性位点的含量（1.9%，质量分数），并深度优化了其微孔和介孔结构（860 m²·g^-1）。该催化剂在0.1 mol·L^-1 HClO₄和0.1 mol·L^-1 KOH溶液中，氧还原反应（ORR）活性展现出了0.806 V和0.921 V的半波电位，并分别在50000、45000 s恒定电位测试后保持了91.21%和95.32%的活性。将其组装于质子交换膜燃料电池（PEMFCs）和碱性锌-空气液流电池（ZAFBs）中，峰值功率密度分别达到了746、164 mW·cm^-2，显示出优越的性能。

微波技术作为一种新型过程强化手段，已被广泛应用于材料制备过程。利用微波对吸波型载体的选择性加热，使其产生局部高温诱导催化剂颗粒的沉积，有望构筑高分散钯（Pd）催化剂结构，而这一特殊结构对提高催化剂电催化氧化甲酸活性、提升甲酸燃料电池的性能至关重要。为探究微波诱导高分散钯催化剂便捷制备的可行性，本文首先通过水热法制备了强吸波的空心海胆状磷化铁（FeP）作为催化剂载体，而后分别在常规加热与微波加热条件下通过乙二醇还原法在FeP表面沉积Pd。使用XRD、TEM、SEM技术表征Pd/FeP产品的形貌和微观结构，探究微波加热对催化剂表面金属钯颗粒分散的影响作用。使用循环伏安法和线性伏安法评价所制备催化剂的催化活性，通过探讨催化剂结构与其电催化活性的构效关系，揭示微波合成对Pd/FeP催化剂性能的强化作用机制。研究结果表明，空心海胆状的FeP颗粒具有较强的微波吸收能力，因而在受到微波辐射时，其表面形成的局部过热诱导Pd的原位沉积，使得微波水热法制备的Pd催化剂具有良好的分散特性，然而溶剂主体温度的过高会增加Pd之间的团聚。相对于常规手段合成的催化剂，利用微波水热法在120°C下制备的催化剂电化学活性面积提升了约3.5倍，对甲酸电催化氧化活性提升了约54倍。

乙烯（C₂H₄）和乙烷（C₂H₆）物理性质相似，其高效分离具有挑战性。利用Cu（Ⅰ）活性位与C₂H₄间的π络合作用，Cu（Ⅰ）基吸附剂能在温和条件下选择性地分离C₂H₄和C₂H₆，显著降低传统低温精馏分离过程的能耗。Cu（Ⅰ）由Cu（Ⅱ）还原制得，但Cu（Ⅱ）还原的不可控、能耗高且Cu（Ⅰ）收率低一直是Cu（Ⅰ）基吸附剂应用的障碍。采用选择性还原策略（SRS）成功在Y型沸石中选择性地构筑了Cu（Ⅰ）活性位，实现了温和条件下C₂H₄/C₂H₆的吸附分离。利用甲醛（HCHO）蒸气扩散传递，与沸石中的Cu（Ⅱ）反应，实现了低温（140℃）下Cu（Ⅰ）的选择性构筑；制得的Cu（Ⅰ）Y具有优异的C₂H₄/C₂H₆吸附分离性能，Cu（Ⅰ）Y的选择性达16.3，远高于Cu（Ⅱ）Y的3.2。机理研究表明，HCHO与Y沸石中的Cu（Ⅱ）发生氧化还原反应，在得到Cu（Ⅰ）的同时生成CO₂和H₂O。

从海水和废水中分离和富集铀对能源的可持续发展和保护环境具有重要意义。通过一步碱化和热缩聚三聚氰胺制备了一种富含氰基和羟基的多孔氮化碳吸附剂（d-g-CN），研究其对铀的吸附性能。吸附实验结果表明，在pH=6.0和298 K的条件下，d-g-CN对铀的吸附在3 h达到吸附平衡，饱和吸附容量为2476.23 mg∙g^-1。吸附过程符合拟二级动力学模型和Freundlich等温模型。此外，d-g-CN具有优异的选择性和循环性，在溶液中存在多种竞争离子时，d-g-CN对铀的吸附分配系数达到1.48×10⁴ ml∙g^-1，并且6次循环后吸附效率仍保持在89.5%。由于d-g-CN较大的比表面积提供了更多的吸附位点，同时氰基和羟基等功能基团与铀存在配位作用，因此d-g-CN表现出优异的吸附性能，在低浓度铀的提取方面具有一定的应用潜力。

异丙苯过氧化氢法（CHPPO）是生产环氧丙烷的绿色新工艺，然而如何从异丙苯氧化液中脱除有机酸和Na⁺等杂质一直是CHPPO工艺的关键问题。针对现有碱水洗单元洗涤塔设备投资高、占地面积大、传质效果不佳等问题，通过小试和中试实验，开发了基于静态混合和聚结分离的耦合除杂技术，并研究了一系列操作条件对耦合技术分离性能的影响，实现了异丙苯氧化液高效除杂。结果表明，在NaOH溶液浓度为1.5%，碱液用量为氧化液进料量的4%~5%、纯水用量3%~5%、自循环量10%~15%的条件下，处理后的氧化液总酸含量低于10 mg/L，Na⁺低于0.5 mg/L。此外，耦合除杂技术在某石化工业装置上实现了首次工业应用，处理后的氧化液有机酸含量为33 mg/L、Na⁺含量为0.4 mg/L，满足环氧化工段对前处理的技术要求，同时减少了5%的碱、水用量，显著增加了装置的绿色属性。该技术为解决氧化液深度净化问题和促进环氧丙烷合成工艺的发展提供了一种极具前景的选择。

经过生物质酸性催化转化的5-羟甲基糠醛（5-HMF）原液的组成为低浓度水溶液、多组分酸性副产物乙酰丙酸（LA）和甲酸（FA），因此需要设计疏水、耐酸和高选择性的吸附剂来分离5-HMF。以高N的沸石型四氮唑-咪唑骨架材料（ZTIFs）为前体，通过调控碳化和活化条件制备具有耐酸性、疏水性和合适微介孔分布的多孔碳，利用多孔碳和5-HMF的π-π作用可实现含酸水溶液中5-HMF的高效富集分离。以ZTIF-8为前体，通过调控碳化温度和活化碱碳比，制备并筛选三种具有不同N含量和微介孔分布的ZTIF-8基多孔碳；建立ZTIF-8基多孔碳N含量和微介孔分布与5-HMF吸附分离性能的关系；具有低N含量和丰富大微孔小介孔（12～30 Å，1 Å=0.1 nm）的NC_ZTIF-8700C-800A₂是从含酸性副产物水溶液中高效富集分离5-HMF的吸附剂。

分子定向生成能以超低人力、财力、时间成本高速推动新物质的发现和设计，因此被广泛应用于分离溶剂、反应溶剂、催化剂、功能材料、药物等分子的设计与优化。提出了一种基于分子碎片化学空间的功能驱动分子智能生成框架，以分子的功能指标为生成方向，以分子“骨架-装饰物”集合为基础，以结构碎片的化学空间为搜索范围，推动分子定向生成，深度挖掘具有潜力的新分子结构。通过生成类药性分子的案例演示，该框架能从较小的优异分子集（644）出发，最终生成五倍数量的同等级别优异分子（3158），表明该生成框架能够高效地进化出大量全新且优异的分子。该框架可结合实际化工过程中的功能目标和约束，推动过程尺度的绿色溶剂等全新最优化设计。

润滑油中的泡沫会增加设备间的磨损，减少油品中的泡沫可以有效降低能源消耗。选用四种矿物型基础油的代表性烃类组分构建了泡沫液膜的分子模拟体系，通过分子动力学模拟分析了液膜破裂过程的微观机理，并计算了单组分及混合组分液膜的破裂时间作为液膜稳定性的评价指标。在此基础上，研究了基础油结构与添加剂、抗泡剂的加入对油基泡沫液膜破裂时间的影响。结果显示，在液膜破裂的过程中，初始孔洞的出现，会显著加快液膜破裂进程，在各基础油体系中加入添加剂、抗泡剂后，液膜破裂时间变化与扩散系数的变化一致，符合泡沫破裂的排液机理。提出的研究方法可从分子层面深入分析油基泡沫的稳定性及破裂机理，探索减少润滑油品泡沫的方法。

设计合成了两例以罗丹明为母体的荧光染料RDMID-C和RDMID-N。实验结果表明，上述染料分子具有较低的细胞毒性，良好的生物相容性及靶向细胞线粒体的能力。两例荧光染料在细胞器定位实验中与商业化线粒体染料的共定位系数较高，并在小鼠肿瘤中有较长的滞留时间，可以用于肿瘤荧光成像。

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。

随着半导体行业集成度越来越高，对光刻材料提出了更高的要求。近年来，金属氧簇光刻胶由于尺寸小、结构设计灵活，得到了广泛的研究。目前锑基金属光刻胶仅局限于含锑配合物。开发出新型锑氧簇光刻胶，通过对比金属有机组装Sb₄O-1与自组装Sb₄O-2的溶解度差异说明自组装策略优势。原子力显微镜证实Sb₄O-2光刻胶可形成光滑薄膜，并获得低粗糙度值（均方根粗糙度< 0.3 nm）。电子束光刻（EBL）证明Sb₄O-2光刻胶优异的图案化能力（线宽< 50 nm），理论计算支持X射线光电子能谱（XPS）分析的新型自组装Sb₄O-2“配体解离”机制。

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。

纳米铝粉作为高能添加剂广泛应用于含能复合材料领域。然而，制备高球形度铝粉掺杂的复合微球却面临着一系列挑战。采用喷雾与反溶剂结晶相结合的方法，探索了一种制备纳米铝粉与有机分子形成复合功能微球的喷射-结晶途径。通过自主设计的内混三流式空气雾化喷嘴，将前驱液雾化成液滴，反溶剂接收浴接收后，溶剂与反溶剂发生快速的相互扩散和传质过程，含能分子模拟物蔗糖八乙酸酯（SOA）在液滴内部析出，将铝粉包裹在内，洗涤干燥后得到铝粉掺杂的复合微球。通过调控合适的雾化、溶剂与反溶剂、添加剂等条件，成功解决了干燥后复合微球球形度低、微球之间相互团聚等现象，最终制备出粒径分布窄、形貌均一、分散性较好、球形度和密实度较高的掺杂铝粉的微球复合材料。