由Jahn-Teller活性离子引发的本征晶格畸变可降低配位几何结构的对称性及其d轨道简并度, 从而稳定催化剂表面的反应中间体, 并有效调控电极材料在充放电过程中的电子与离子电导率, 进而显著影响材料的宏观性能. 本文系统阐述了Jahn-Teller畸变的起源与诱发机制, 概述了其主要表征方法, 并重点讨论了该效应在催化转化及能源存储等功能材料领域的应用, 旨在为深入理解Jahn-Teller畸变与材料宏观性能之间的构效关系提供参考.

非晶金属氧化物因其长程无序而短程有序的结构特征， 在磁性研究中展现出区别于晶态体系的独特物理行为. 本文综合评述了非晶金属氧化物的结构特点、 主要磁性类型及其物理机制， 并重点讨论了超顺磁、 自旋玻璃、 簇玻璃及随机交换磁态等典型磁行为的起源及其内在联系. 同时， 总结了熔融急冷、 溶胶-凝胶、 模板法及机械非晶化等主要制备方法， 分析了不同制备策略对材料结构与性能的影响， 旨在为理解非晶金属氧化物中结构无序与磁性之间的关系提供参考.

高压诱导的结构相变是发现新物相、 理解极端条件下物质行为的重要途径. 然而, 相变过程中的路径、 中间态和动力学长期处于“黑箱”状态, 需要原位探测技术予以揭示. 本文综合评述了高压固体化学中结构相变的原位探测技术及机理研究进展. 首先, 按信息层次分类介绍了X射线衍射、 中子衍射、 X射线吸收精细结构、 对分布函数、 拉曼光谱、 红外光谱、 紫外-可见吸收光谱、 荧光光谱及二次谐波等原位表征方法的原理与适用范围, 并讨论了超快时间分辨技术和机器学习辅助数据分析等新兴方向. 其次, 以位移型相变(SrTiO₃)、 重构型相变(石墨-金刚石、 Co₃P₂O₈)、 压致非晶化(冰)、 等结构相变(Ce)及有序-无序相变(IMMH _y PbBr₄)为典型案例, 展示了原位技术如何揭示压力诱导结构演化的微观机理. 最后, 总结了当前在时间分辨率和数据解释等方面面临的瓶颈, 并对多技术联用、 超快探测和机器学习等未来发展方向进行了展望.

多孔材料和单晶材料在现代科学技术中均具有重要应用价值. 若能在宏观尺寸单晶中引入孔隙, 有望获得兼具开放孔结构和连续单晶骨架的新型材料, 即宏观尺寸单晶多孔材料. 其连续单晶骨架保持长程有序晶体结构, 可有效减少晶界对传输过程和结构稳定性的影响, 同时孔隙结构可提供传质通道和可接触内表面. 然而, 传统晶体生长过程通常趋向于致密化, 孔隙往往被视为夹杂或缺陷, 因此在单晶中可控引入孔结构仍面临本征挑战. 本文围绕基于“固-固相变”的晶格重构策略展开综述, 重点讨论高密度单晶母相经特定组分脱除、 晶格重排和相变界面迁移后, 原位转化为低密度目标相单晶骨架并形成孔隙结构的基本机制. 进一步结合二氧化钛和二氧化铈等典型氧化物体系, 分析了母相晶向、 组成、 相对密度变化和热处理条件对晶面取向、 孔隙率、 孔径及表面结构的调控作用. 最后, 以光电化学能源转化为例, 探讨了连续单晶骨架、 三维连通孔道和可调缺陷结构之间的协同效应, 并展望了该类材料在电子-声子输运解耦、 同位素分离等结构敏感型功能过程中的潜在应用前景.

卤化物固态电解质因具有较好的氧化稳定性、 较高的离子电导率和良好的机械可加工性， 近年来成为全固态电池领域的重要研究方向. 随着氯化物以及氧氯化物、 氮氯化物等体系的发展， 卤化物固态电解质在离子传输性能和结构调控方面取得了显著进展. 然而， 此类材料目前仍主要停留在实验室小批量制备和电池验证阶段， 其规模化应用仍面临诸多问题. 本文综合评述了机械球磨法、 固相反应法、 溶液法、 气相沉积法及相关复合工艺等主要制备方法， 比较了不同工艺在结构调控和规模化制备潜力等方面的特点， 并进一步分析了卤化物固态电解质由实验室制备走向规模化制造过程中待解决的问题， 包括批次一致性控制、 制造成本降低、 环境稳定性提升、 工艺过程可控性以及与实际电池制造的适配， 以期为卤化物固态电解质的工艺优化、 规模化制备及其在全固态电池中的应用研究提供参考.

氧还原反应（ORR）是燃料电池和金属-空气电池等能源储存和转换装置的重要电化学过程. ORR涉及复杂的多电子/质子转移， 反应动力学缓慢， 制约了其在能源储存和转换装置中的能量转换效率. 单原子电催化剂因其较大的原子利用率和独特的电子结构， 成为异相催化领域的热点. 杂原子掺杂是调控ORR性能的有效策略， 其中， 杂原子磷（P）的3p轨道上的孤对电子能够调节中心金属原子的配位微环境和电荷分布， 进而调控含氧中间体的吸/脱附行为， 从而影响ORR性能. 本文综合评述了杂原子P对单原子电催化剂ORR性能的调控机制： （1） 在第一配位层中， P直接取代与中心金属原子配位的N原子； （2) P位于第二或第三配位层或者更为外层的区域； （3） 含P化合物调控. 本文阐明了杂原子P对ORR性能的影响机制， 明确了通过杂原子掺杂设计合成高活性、 高耐久性ORR单原子电催化剂的指导原则.

采用溶剂热法合成了一例新型层状磁性镱配合物Yb(HCOO)(C₂O₄)(1,10-phen)(1,10-phen=邻菲罗啉)； 利用X射线衍射(XRD)、 红外光谱(IR)、 热重分析(TGA)和磁化率测试等手段对其晶体结构和磁性进行了表征.单晶结构分析表明, 该配合物中磁性离子Yb³⁺通过甲酸根与草酸根连接形成四方磁晶格层, 层间通过邻菲罗啉配体隔开.磁性测试结果显示, 配合物中Yb³⁺间以反铁磁相互作用占主导, 且在温度低至2 K时未出现长程磁有序.本研究为构筑具有低维磁性的稀土配合物提供了新的合成策略.

锂硫电池因其高达1675.0 mA·h/g的理论比容量和2600.0 W·h/kg的能量密度, 被认为是下一代最具应用前景的电化学储能器件之一. 然而, 锂硫电池中硫及硫化锂的氧化还原反应动力学缓慢、 多硫化物穿梭效应以及锂枝晶生长等问题, 严重阻碍了锂硫电池的发展及应用. 本文制备了柔性Nb₃VSe₆/碳纳米纤维复合膜(NVSCNF), 并将其作为锂硫电池的电催化膜反应器(NVS@MR). 通过V原子插层策略, 对2H-NbSe₂进行改性, 构筑了一种嵌入诱导型层状催化剂. NVSCNF对多硫化锂具有强化学吸附能力和优异的电催化活性, 提升了氧化还原反应动力学, 且NVSCNF丰富的活性位点可有效调控锂沉积行为, 抑制枝晶生长. 所组装的锂硫电池在0.1 C倍率下的放电比容量为1305.0 mA·h/g, 在5.0 C高倍率下循环800次后容量仍保持在502.3 mA·h/g, 在0.5 mA/cm²电流密度下可稳定循环超过1000 h, 初始过电位仅为18.3 mV.

一维DNA纳米材料在诸多领域具有广泛的应用前景, 但其自组装效率的定量表征仍面临挑战. 本文以六螺旋束(six-helix bundle, 6HB) DNA纤维为模型体系, 基于已有的图像分析方法, 针对高长径比一维纤维易交叉缠绕、 难以进行单颗粒识别与计数的问题进行整合与参数化处理, 建立了一套基于原子力显微镜(AFM)图像分析的自组装效率可视化测量方法. 该方法以面积覆盖率和轮廓长度密度为量化指标, 实现了对一维DNA纤维网络结构的定量表征. 利用该方法考察了缓冲液pH(5~11)和Mg²⁺浓度(6.25~87.5 mmol/L)对6HB DNA纤维组装行为的影响. 结果表明, 6HB DNA纤维的有效组装存在明确的条件窗口: pH在6~8范围内有利于高产率形成长纤维, 其中pH=8时自组装效率达到峰值(面积覆盖率约36%, 轮廓长度密度约8 μm/μm²). 当pH偏离该范围时, 连续的一维网络逐渐转变为碎片化或无序聚集结构, 两项参数接近背景水平. 同时, 纤维自组装对Mg²⁺浓度表现出明显的阈值响应特征, 浓度高于25 mmol/L时进入快速增长区, 在50 mmol/L以上时形成稳定的长纤维产物(面积覆盖率> 20%, 轮廓长度密度> 4 μm/μm²). 这些测量结果通过可视化和定量分析, 验证了DNA纳米结构自组装对pH值和离子强度等环境条件的高度依赖性. 该研究框架有望为一维DNA纳米材料的设计、 制备与应用提供有力的定量分析工具.

稠合呋喃及其衍生物具有高刚性、 良好的共面性及扩展的π-共轭结构， 已被用于发展有机光电功能材料. 然而， 与稠合噻吩及其衍生物相比， 稠合呋喃及其衍生物的结构种类仍然有限， 制约了其进一步发展. 基于此， 本文将酰亚胺基团与萘并[2，3-b∶6，7-b']二呋喃(NDF)单元稠合， 合成了DFPI-Cn系列分子， 研究了分子的理化性质及其在有机场效应晶体管器件中的性能. 结果表明， 所有分子均表现出良好的热稳定性， 且随着烷基侧链增长， 其结晶温度与熔融温度逐渐降低. 分子骨架呈轻微扭曲， 最高占据分子轨道与最低未占据分子轨道的电子云均匀分布于整个共轭骨架中. 酰亚胺N位烷基链对分子在溶液中的吸收与发射光谱无明显影响， 但对固体薄膜中的吸收光谱具有显著调控作用. 3个分子均呈现红光发射. 单晶结构解析表明， DFPI-C5C5分子采取一维堆积方式： 相邻两个分子以头对尾方式形成二聚体， 二聚体之间再以一定旋转角进行堆叠. 采用物理气相传输法制备的DFPI-C5C5纳米线晶体具有单晶特性及平整的表面形貌. 基于该纳米线晶体构建的有机场效应晶体管器件展现p型电荷传输特性， 空穴迁移率达3.7×10⁻³ cm²·V⁻¹·s⁻¹. 本研究为发展新型稠合呋喃类有机半导体材料提供了新思路.

构建了一种基于聚乙烯亚胺（PEI）与丙三醇三缩水甘油醚（GTE）的化学交联聚合物网络体系， 并以此为载体制备了释热过程可控的赤藓糖醇（ERY）相变复合材料， 系统探究了该聚合物网络对ERY过冷稳定性及结晶行为的调控机制. 结果表明， 聚合物网络通过物理相互作用与ERY结合， ERY能够在网络中保持原有晶体结构. 值得注意的是， 聚合物网络交联度的增加导致冷结晶温度降低， 这一现象与传统理论预期相悖， 因为交联度增加意味着网络中—OH基团增多， 本应增强与ERY的相互作用， 从而提高冷结晶温度. 进一步分析发现， 聚合物网络中—OH基团之间形成的分子内氢键竞争性地削弱了网络与ERY分子的有效相互作用， 从而促进了其本征结晶行为. 本研究为深入理解ERY基复合相变材料中分子间相互作用对相变热力学行为的调控规律提供了新的视角和实验依据.

采用“自上而下”的设计思路， 利用湿法成型技术和竞争浸渍吸附法制备了一种多孔碳球负载催化剂(Cu-Zn/CS)， 并用于甲醇水蒸气重整(MSR)制氢反应. 以商业化的Al₂O₃为对比研究载体， 通过多种表征测试手段对比分析了Cu-Zn/Al₂O₃和Cu-Zn/CS两种催化剂形貌特征、 晶相结构、 理化性质、 催化性能以及反应机理的差异. 表征测试结果表明， Cu-Zn/CS结构具有丰富的多形态多尺度指状孔和龟裂纹结构， 不仅为活性物质的多尺度均匀锚定提供了必要的空间基础， 而且增加了催化反应中活性位点和反应物的接触几率. 催化性能测试表明， 在甲醇完全转化的前提下， 相较于Cu-Zn/Al₂O₃， Cu-Zn/CS的CO选择性降低一个数量级， H₂选择性增加近一倍， 高温催化活性更佳. 原位实验表明， 在高反应温度下， 气态反应物质在Cu-Zn/Al₂O₃表面不仅存在甲醇催化转化为CO₂和H₂的主反应， 还存在产生CO的副反应. 而在Cu-Zn/CS表面则主要发生主反应， 即CH₃OH+H₂O→^*OCH₃+^*OH→^*HCHO→^*CHOO→^*CO₂+^*H₂.

采用蔗糖为碳源、 尿素为氮源、 硝酸钴为前驱体, 经研磨混合后利用高温焙烧法制备了一种氮掺杂碳负载的钴纳米颗粒非贵金属催化剂, 并将其用于液相甲酸脱氢反应. 在100 ℃下, 性能最佳的Co@NC-Co_0.1-Ur_2.3催化剂的制氢速率可以达到350 mL·g^-1·h^-1, 超过部分贵金属(Pd, Pt)催化剂及非贵金属催化剂（如单原子钴）的性能. 此外，该催化剂循环多次后仍能保持较高活性. 表征结果显示, 丰富的孔结构和比表面积有利于反应过程中HCOO^*等活性物种吸附, 而Co-N位点可能是该反应的催化活性位.

利用中红外连续可调谐外腔量子级联激光器结合脉冲超声喷射红外吸收光谱技术, 在SO₂分子ν₃反对称伸缩振动带附近得到(SO₂)₂的高分辨振转光谱. 实验共标识出490条红外跃迁, 其中, 电子供体(ED)谱带包含395条跃迁(J≤29, K_a≤11), 电子受体(EA)谱带包含95条跃迁(J≤21, K_a≤8). 结合已报道的微波光谱数据、 SO₂单体v₁激发态光谱以及实验新测得的光谱数据, 基于非对称陀螺哈密顿量进行最小二乘法全局拟合, 得到了包括转动常数和离心畸变常数在内的精确的基态和激发态光谱参数. 结果表明, (SO₂)₂ ED和EA谱带的带头位置分别为1355.77424(14)和1356.34969(27) cm^-1, 相较于SO₂单体ν₃带带头分别产生6.29和5.71 cm^-1的红移.

近年来， 电化学析氢反应（HER）已成为一种重要的制氢新途径. 在催化剂方面， Pd基材料被认为是替代贵金属Pt基催化剂的最具潜力的候选材料之一. 然而， Pd基催化剂对氢中间体的吸附过强， 制约了其析氢性能的有效发挥. 针对这一问题， 本文采用有机前体降解法制备了二维PdIr₂合金纳米片催化剂. 通过合金化策略调控Pd的电子结构， 从而提升其在碱性介质中的HER性能. 实验结果表明， 所制备的PdIr₂合金纳米片催化剂在10 mA/cm²电流密度下的过电位仅为19 mV， Tafel斜率为51.4 mV/dec， 性能显著优于商业铂碳 （c-Pt/C）和商业钯碳（c-Pd/C）催化剂. 在稳定性方面， 该催化剂在长达136 h内电压衰减仅为63 mV， 平均衰减速率为0.46 mV/h， 且在最后116 h内， 电压衰减在10 mV以内， 显示出优于对比催化剂的稳定性.

以滚环扩增（RCA）产生的长单链脱氧核糖核酸（DNA）为支架， 开发了一种基于RCA的组装技术. 将该支架与具有不同功能的短链组装成多价适配体， 再与铁掺杂的红色碳点（Fe-CDs）结合， 构建了多价适配体核酸组装体-Fe-CDs-阿霉素（AFD）纳米平台， 用于精准的联合癌症治疗. 在AFD纳米平台中， MUC1适配体能够发挥高效的靶向能力， 在精准作用于癌细胞的同时减少对正常细胞的伤害. Fe-CDs具有类过氧化物酶活性， 可将过氧化氢催化分解为羟基自由基， 从而实现化学动力学治疗. 此外， AFD通过其中丰富的CG碱基对能够高效负载阿霉素（DOX）. 当多价适配体凭借高效的靶向性进入癌细胞后， 会释放负载的Fe-CDs和DOX， 实现对癌细胞的有效杀灭.

采用超声辅助法与水热合成法， 利用席夫碱配体4，4'-(1，4-苯二甲亚基二次亚氨基)二苯甲酸(TBPA)制备了一种铜基金属有机框架(Cu-MOF)， 再用其与9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)反应， 制备了阻燃型Cu-MOF， 即Cu-MOF@DOPO. 通过扫描电子显微镜、 透射电子显微镜及X射线衍射等手段对其进行表征， 探讨了Cu-MOF@DOPO对环氧树脂(EP)阻燃性能、 力学性能及热性能等的影响. 研究结果表明， 与纯EP相比， 添加2%(质量分数)Cu-MOF@DOPO的EP复合材料综合性能显著提升： 极限氧指数由23.2%(纯EP)提升至29.6%， UL-94等级达到V-0级； 峰值热释放速率降低14.2%， 总热释放量降低8.1%， 且总烟释放量也有所降低. 机理分析表明， Cu-MOF@DOPO的引入可促进EP在燃烧时形成致密的炭层， 同时具有气相成分的协同阻燃作用， 显著提升了EP的阻燃性能. 此外， 与未改性Cu-MOF及阻燃改性有机配体TBPA-DOPO相比， Cu-MOF@DOPO改性EP复合材料呈现出更高的玻璃化转变温度与更优异的力学性能.