同步提升吸波能力、拓宽吸收带宽并降低匹配厚度对单一材料仍是重大挑战。本研究通过立式碾磨非晶FeSiBCr粉末制备出层状粉体。由于碾磨过程中的高能量，层状FeSiBCr中出现了约15 nm的α-Fe相和约3 nm的表面氧化层，由此产生多重介电弛豫、磁-介电界面及平面各向异性。源自晶态/非晶异质结构与氧化层的多重介电弛豫贡献了低介电常数与增强的介电损耗能力，而片状形貌诱导的平面各向异性与α-Fe相则提升了磁导率与磁损耗能力。低介电常数与高磁导率共同促进阻抗匹配。增强的损耗能力与良好的阻抗匹配最终实现优异吸波性能。相较于FeSiBCr片状粉体(2.6 mm厚度下RL_m为−8.99 dB，EAB为0 GHz)，层状FeSiBCr在1.8 mm厚度时展现出6.56 GHz的有效吸收带宽(EAB)，在2.0 mm厚度时获得−34.22 dB的最小反射损耗(RL_m)。此外，周期性梯度结构激发不同频率的共振形成多重共振叠加，使EAB扩展至13.18 GHz，增幅高达200.9%。该研究为设计具有晶态/非晶异质结构的层状非晶材料提供了新思路，可应用于高效微波吸收体开发。

石墨作为锂离子电池的商业负极材料，由于其高丰度、低成本和低电位的优势，在钾离子电池中也显示出了巨大的潜力。然而，钾离子半径(0.138 nm)远大于锂离子半径(0.076 nm)，充放电过程中钾离子的插层易使石墨结构破坏，导致明显的容量衰减和不稳定的循环寿命。在这里，我们用简单有效的微波方法高效还原石墨烯，设计了石墨负极的稳定界面。微波还原可以在10 s内有效地去除氧化石墨烯的氧基，这一点得到了X射线光电子能谱(XPS)的证实。石墨烯不仅可以缓冲石墨的体积膨胀以抑制结构崩塌，还可以加速电子传输以提高倍率性能。石墨烯包覆石墨的复合负极(GCG)表现出超长的循环稳定性，在3000次循环后容量依然262 mAh∙g⁻¹。与石墨相比，GCG的倍率性能也更加优异(500 mA∙g⁻¹的电流密度下容量为161.2 mAh∙g⁻¹)。在相同的电流密度下，石墨在150次循环后容量低于150 mAh∙g⁻¹。进一步的电化学阻抗(EIS)和恒电流间歇滴定(GITT)测试表明，与石墨相比，GCG表现出更快的电导率和离子扩散速率。循环后的拉曼光谱、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)图像验证了石墨烯作为缓冲界面有利于电极结构的完整性和固体电解质膜(SEI)的稳定性。这项工作为钾离子电池的大规模应用提供了新的希望。

缩短沸石材料的微孔孔道能有效提升客体分子的扩散传质性能。但目前一维L沸石(LTL)的合成中，缩短其沿一维微孔孔道方向(c轴方向)的长度至20到50 nm仍是一个挑战。本文首次在简单无机体系中通过加入纳米棒簇状L沸石作为晶种，快速(仅需4 h)合成了一种新型的L沸石介观结构晶体，且无需外加任何晶化修饰剂与模板剂。该介晶呈现出一种由超薄(约29 nm)的圆盘纳米晶沿c轴定向堆叠而成的盘簇形貌。这一独特的晶种诱导策略能够有效解耦L沸石的成核和生长阶段，为精确调控每个阶段的晶化行为以获得所需形貌结构提供了更大的操作空间。通过分析合成体系中介观尺度的晶核和微观尺度的基本构建单元衍化规律，实现了对晶种具体作用及衍化规律的解构：晶种溶解出的环笼结构加速了凝胶有序化，缩短了诱导期；而晶种溶解后的残余部分为生长期提供了密集的初始晶核，导向了新型盘簇结构的形成。通过对沸石生长条件进行调节，证实了其生长期存在蠕虫状前驱颗粒组装的行为，并实现了对盘簇中圆盘沿c轴方向厚度在18到55 nm范围内的精细调控。此外，通过选择直径为0.43到4.5 nm的系列模型分子作为吸附质，证明了该超短c轴样品在气相和液相体系大幅增强的吸附应用潜力。样品在小分子的扩散速率和大分子在气相的吸附量方面确实具有优势。在实际应用中，该样品在芳烃的吸附和分离以及染料和蛋白质的吸附方面具有一定的优势。

非晶材料的阻抗匹配与损耗能力平衡仍是获得优异微波吸收性能的重大挑战。本研究通过在FeSiBCr薄片中构建FeNi和α-Fe双纳米晶相，增强损耗能力并优化阻抗匹配。双超细纳米晶相与非晶薄片不仅提供包含自然共振、交换共振和涡流损耗的多重磁损耗能力，同时促进磁导率提升；而引入的非晶/纳米晶相异质界面带来大量缺陷和偶极子，增强了多极化损耗。此外，非晶FeSiBCr基体确保高电阻率和低介电常数。更在FeSiBCr薄片表面形成约15 nm的非晶混合氧化物层以引入界面极化。双纳米晶相、非晶FeSiBCr薄片及核壳结构共同保障了良好的阻抗匹配与增强的损耗能力，实现卓越微波吸收性能。优化后的复合材料在12.4 GHz频率、2.20 mm厚度下获得−40.62 dB的最小反射损耗，1.90 mm厚度时有效吸收带宽达6.40 GHz (覆盖11.44–17.84 GHz)。通过周期性多层结构设计，更可将吸收带宽扩展至12.68 GHz，提升幅度达198.1%。雷达散射截面仿真进一步验证了其在实际场景中的优异隐身性能。

A 3D nitrogen-doped graphene/multi-walled carbon nanotube (CS-GO-NCNT) crosslinked network material was successfully synthesized utilizing chitosan and melamine as carbon and nitrogen sources, concomitant with the incorporation of multi-wall carbon nanotubes and employing freeze drying technology. The material amalgamates the merits of 1D/2D hybrid carbon materials, wherein 1D carbon nanotubes confer robustness and expedited electron transport pathways, while 2D graphene sheets facilitate rapid ion migration. Furthermore, the introduction of nitrogen heteroatoms serves to furnish additional active sites for lithium storage. When served as an anode material for lithium-ion batteries, the CS-GO-NCNT electrode delivered a reversible capacity surpassing 500 mAh·g^-1, markedly outperforming commercial graphite anodes. Even after 300 cycles at a high current density of 1 A·g^-1, it remained a reversible capacity of up to 268 mAh·g^-1.

通过将纳米Bi颗粒与三维多孔碳(3DPC)材料复合制备得到Bi/3DPC复合材料，有效提高了Bi的电化学性能。3DPC作为碳框架能缓冲充放电过程中Bi的体积膨胀以及提升材料导电性，且其微孔和介孔能够增加材料的比表面积，为吸附钠离子提供活性位点。Bi和3DPC发挥协同效应，在钠离子电池中展现出良好的倍率性能和长期循环稳定性。在5 A·g^-1的电流密度下，Bi/3DPC在循环1 000圈后仍保持268.52 mAh·g^-1的比容量。

明胶是动物结缔组织中的胶原蛋白经过适度水解得到的高分子材料，其具有溶胶-凝胶可逆性。本实验借助明胶的溶胶-凝胶可逆性以及果汁中富含的金属离子，制备了明胶果冻电解质材料和系列电解反应的科普简易装置。通过趣味性教学展示和适宜于大众直接参与动手的简易实验，使大众深入了解水果电池的根本原理以及金属离子在明胶内部被固化溶液环境中的运动转移特性，进而认识普通电池工作的内在机制。本科普实验不但将凝胶电解质材料在能量储存和转化方面的巨大优势充分展现在大众面前，促进公众对天然大分子和电解质科学的了解、提高科技创新认知以及激发他们的科学兴趣，具有极高的社会价值。本科普实验所用材料价廉易得且绿色环保，实验过程没有安全隐患，达到用大众熟悉的材料创新性地实现普及科学知识之目的。

本文研究了杂多酸对储氢材料的催化效应，通过机械球磨法制备MgH₂-xH₃PW₁₂O₄₀ (x = 7%、10%、13%，质量分数)复合物样品，与纯的球磨MgH₂对比，展示了杂多酸H₃PW₁₂O₄₀对MgH₂储氢动力学的提升作用。其中，MgH₂-10H₃PW₁₂O₄₀的放氢活化能比纯MgH₂降低了46.23 kJ∙mol⁻¹，可在250 ℃、1 min内吸收6.25%的氢，在300 ℃、15 min内释放6.54%的氢气，而同等温度下MgH₂在30 min内仅释放1.2%氢。即使是在较低的温度100 ℃，MgH₂-10H₃PW₁₂O₄₀也可在1 h内吸收5%的氢，而MgH₂只能吸收0.9%的氢。结构表征结果表明H₃PW₁₂O₄₀分子在球磨和储氢过程中被转变为WO₃和W簇，其作用一方面是催化Mg―H键、H―H键的断裂，另一方面是促进MgH₂颗粒在球磨过程中细化并抑制其团聚长大。该研究开创了多酸分子在储氢领域的催化应用。

有机电极材料因其成本低、资源丰富、环境友好、可设计性等优势，成为具有发展潜力的二次电池候选电极材料。目前，种类丰富的有机电极材料已应用在各种金属离子电池体系，然而有机电极材料的商业化应用仍面临着诸多挑战，如本征电导率低、在有机电解液中溶解度大、放电电位低等。针对有机电极材料的技术瓶颈，大量研究聚焦在有机电极材料结构、工艺、尺度等改性优化方面。本文回顾有机电极材料的发展历程和应用，并总结其分类、反应机理及主要问题和挑战，进而详细综述有机电极材料已报道的改性策略，包括分子结构修饰、复合导电碳、纳米尺寸优化、电极-电解液耦合与制备工艺优化等方法，分析各改性方法优势和局限性，最后对未来有机电极材料改性研究方向进行展望，为今后有机电极材料的设计与研究提供参考。

高能量密度、高功率密度的“双高”锂离子电池(LIBs)的实现依赖于创新突破高容量、高倍率及长循环寿命电极材料。插入型负极，以d⁰过渡金属氧化物为代表，含有强金属-氧键，表现出高循环稳定性和高倍率性能。然而，由于金属离子变价较少，其比容量相对较低。转化-合金型负极，以p区金属氧化物为代表，具备高理论比容量，但嵌锂过程中的相团聚和体积膨胀易导致容量快速衰减和倍率性能不佳。通过引入插入型或转化型功能基元构建双金属氧化物负极，可以优化电极中的电子/离子传导，从而改善循环性能和倍率性能，有望实现负极材料高容量、高倍率及长循环的统一。本文通过对各类金属氧化物中的化学键及电子结构特征进行分析，并提出一种新的图示表达方式，将负极锂离子插脱嵌的电化学反应储能过程表达为态密度(DOS)图示。文章阐述了双金属氧化物负极的多步储锂机制，并结合近期相关研究进展，为发展高容量、高倍率及高稳定的双金属化合物负极提供理论参考和实践依据。