针对荧光分子检测普遍灵敏度低和检测范围窄的问题，制备了具有等离子激元共振特性的重掺杂半导体纳米结构Cu_2-xS和典型的稀土掺杂上转换发光纳米颗粒NaYF₄∶Yb，Er，通过三相界面自组装方法获得了Cu_2-xS/NaYF₄∶Yb，Er薄膜基底。结合有限元模拟，计算了不同摆放情况下Cu_2-xS周围的局域电场分布，研究了在实际薄膜中Cu_2-xS纳米盘之间产生的等离激元耦合对上转换发光性能以及对拉曼信号增强的影响。结果表明，Cu_2-xS等离激元层与NaYF₄∶Yb，Er发光层的耦合，不仅得到了上转换3个数量级的提高，还实现了分子检测10^-7 mol·L^-1的检测极限，并且获得了10^-3~10^-7 mol·L^-1的宽线性响应，从而达到高灵敏度的定性和定量双功能的精确检测。

响应式光学传感器在特异性检测和微定量分析方面展现出广阔的应用前景。稀土掺杂上转换纳米粒子(UCNP)凭借独特的荧光性能、大的反斯托克斯位移、良好的生物相容性和抗自体荧光干扰，可作为新兴光学标记物实现更深层组织的高灵敏度生物检测。本综述重点介绍了基于UCNP荧光纳米探针在生物检测领域的前景及关键应用，包括离子、活性氧、气体和生物分子的特异性检测。此外，本综述还讨论了上转换检测的传感机制以及纳米探针的设计原理，评估了上转换纳米探针在基础研究和临床应用中的未来挑战，旨在为UCNP在生物检测及临床诊断中的广泛应用提供理论支持和实验指导。

使用机器学习进行高通量筛选是一种新的材料筛选方法，我们结合巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟和机器学习方法研究了沸石分子筛对气体的吸附。使用GCMC模拟方法，计算了12种电子气体在240种纯硅沸石分子筛上的绝对吸附量，并通过Zeo++程序分析了沸石分子筛的17种结构特征。在此基础上，建立了2种机器学习模型：多元线性回归模型和随机森林回归模型，旨在预测沸石分子筛对各类电子气体的吸附能力。同时，通过相关性分析和模型性能评估，揭示了不同结构特征对气体吸附容量的影响程度，并对模型的稳定性和预测精度进行了讨论。

苯环上取代基的电子效应是影响其定位效应的主要因素，是基础有机化学的重要教学内容。本文首先总结了文献中关于取代基定位效应的分析与理论预测方法，以此为基础，利用量子化学计算研究了具有复杂电子效应的取代苯环的电荷分布和能量分析，给出了从量子计算化学角度定量理解取代基电子效应的结论。研究过程有助于提高学生对计算化学的兴趣，培养学生多角度分析问题和解决问题的能力，加深对取代基定位效应的理解。

将当前能源生产和消费结构从过度依赖化石能源转变为高效利用可再生能源，是解决能源危机、实现碳中和的有效途径。生物质是最有前途的可再生能源之一，可以取代化石燃料以获得有价值的有机化合物。近年来，大力利用生物质能已成为一种必然趋势。用于生物质转化的传统热化学催化方法通常需要高温、高压等恶劣条件，甚至还需要外部氢或氧源。相比之下，在相对温和的条件下进行的生物质有机分子电催化转化为生产高价值化学品提供了一种绿色高效的策略。特别是，通过C―C键裂解将生物质衍生的分子转化为高价值的短链化学品至关重要。近年来，大量的研究证明过渡金属(TM)电催化剂由于其丰富的三维电子结构和独特的e_g轨道增强了过渡金属-氧之间的共价键合，从而在有机物的C―C键断裂中起着至关重要的作用。此外，TM电催化剂的配位环境或电子结构会影响产物的选择性。毫无疑问，明确的反应活性位点和途径有助于深入理解催化剂结构与反应活性之间的构效关系。然而，TM电催化剂介导的生物质衍生有机分子的C―C键裂解反应用于生物质升级的研究目前尚处于起步阶段，其反应机理和催化反应过程尚不清楚。因此，有必要在原子水平上系统地了解电催化剂在C―C键裂解过程中的作用。在本综述中，我们首先依次介绍了广泛研究的TM电催化剂介导的生物质衍生有机分子(包括甘油、环己醇、木质素和糠醛)的C―C键裂解反应，并给出了一些典型的例子和相应的反应途径。然后，系统回顾了过渡金属化合物催化C―C键裂解的反应机理，揭示了界面行为，并构建了TM电催化剂的结构与裂解反应活性之间的构效关系。最后，我们简要总结了上述内容，并强调了在TM电催化剂上研究C―C键裂解的挑战和展望。我们期望这项工作可以为生物质的可控转化和合理设计C―C键裂解的TM电催化剂提供指导。

设计了一种绿色的再生废纸纤维素(RCe_wp)与氧化还原石墨烯(rGO)复合的薄膜(RCe_wp/rGO)并将其作为活性材料，其在7 000 s的循环中稳定输出的最大峰值电流为10 μA，且在100 Ω负载下的输出功率最高可达2.34 μW·cm^-2。同时，研究表明金属集流体对湿气发电的影响显著，其中不锈钢集流体在70%的相对湿度(RH)条件下，产生的开路电压最大可达53 mV，因为集流体的氧化还原反应在湿气作用下增强了电流和电压的输出。此外，该湿气发电薄膜与镁空气电池结合时表现出优异的性能：在50%RH下，RCe_wp/rGO电极能够产生高达1.37 V的开路电压(V_oc)和0.132 mA·cm^-2的短路电流密度；当RH升高至90%时，开路电压进一步增大至1.57 V，短路电流密度达到64.2 mA·cm^-2。而对于未与湿气发电薄膜相连的Mg-滤纸-Ni电极，其输出功率和短路电流密度仅为3.76×10^-4 mW和0.306 μA·cm^-2。

我们以宽带隙聚合物聚(3-己基噻吩) (P3HT)为给体，窄带隙聚合物聚{2, 2'-((2Z, 2'Z)-((12, 13-双(2-癸基十四烷基)-6-(2-乙基己基)-4, 8-二甲基-6, 8, 12, 13-四氢-4氢-苯并[1, 2, 3]三唑并噻吩[2'', 3'': 4', 5']并吡咯[2', 3': 4, 5]并吡咯[3, 2-g]并噻吩[2', 3': 4, 5]并吡咯[3, 2-b]并[4, 5-e]吲哚-2, 10-二基)双(甲烷亚甲基))双(5, 5’-3-氧-2, 3-二氢-1氢-2, 1-二亚基茚))二丙二腈-连-2, 5-二噻吩} (PTz-PT)为受体，研制了基于氧化铟锡(ITO)/聚(3, 4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT: PSS)/有源层/Al结构的倍增型全聚合物光电探测器(PM-APDs)。我们制备了P3HT : PTz-PT质量比为100 : 1、100 : 4、100 : 7和100 : 10的四种不同比例的二元PM-APDs。在黑暗条件下，由于Al的功函数和P3HT的最高已占据分子轨道(HOMO)之间存在0.8 eV的能级差距，空穴难以从铝电极注入到有源层中。有源层中的PTz-PT含量较低，缺乏连续的电子传输通道，导致有源层的电子传输能力较差。在光照条件下，由于有源层中PTz-PT含量较低，并且P3HT和PTz-PT的最低未占据分子轨道(LUMO)相差0.84 eV，光生电子会被孤立的PTz-PT捕获。Al电极附近的受陷电子会引起界面能带弯曲，实现空穴隧穿注入，从而导致外量子效率(EQE)值大于100%。在−8 V偏压下，基于P3HT : PTz-PT (100:4 wt/wt)的最优二元PM-APDs在300–1100 nm的光谱范围内具有超过100%的EQE。PM-APDs的EQE光谱形状取决于铝电极附近的受陷电子分布。通过引入聚合物聚(2-(4, 8-双(4-(2-乙基己基)环戊二烯并-1, 3-啶-1-基)苯并[1, 2-b: 4, 5-b']二噻吩-2-基)-5, 5-二氟-10-(5-(2-己基癸基)噻吩-2-基)-3, 7-二甲基-5H-4λ4, 5λ4-二吡咯[1, 2-c: 2', 1'-f][1, 3, 2]二氮杂硼嗪) (PMBBDT)作为第三组分，PM-APDs的EQE光谱形状变得更平坦。我们制备了P3HT : PMBBDT : PTz-PT质量比分别为90 : 10 : 4和80 : 20 : 4的三元PM-APDs。三元PM-APDs的EQE值在420–600 nm的范围内提高，而在630–870 nm的范围内降低。三元PM-APDs具有更平坦的EQE光谱是由于其在Al电极附近的受陷电子分布更均匀。此外，在连续光照和外加偏压的条件下，三元PM-APDs的稳定性高于最优二元PM-APDs。在−12 V偏压下，最优三元PM-APDs的EQE值在350 nm处为3500%，在550 nm处为1250%，在900 nm处为1500%。在−10 V偏压下，最优三元PM-APDs的比探测度(D_shot^*)值在520 nm处为3.7 × 10¹² Jones，在850 nm处为1.9 × 10¹³ Jones。最优三元PM-APDs在−10 V偏压下被白光连续照射170 min后，光电流为初始值的87%。我们利用最优三元PM-APDs搭建了光电容积描记(PPG)传感器并成功地测量了人体心率(HR)，测得的HR与人体正常心率相符。

CO₂与丙三醇羰基化合成丙三醇碳酸酯是一项前景广阔的CO₂利用途径。尽管该反应可以通过热驱动的催化途径实现，但受热力学平衡的限制。在本研究中，我们开发了xAu/20Co₃O₄-ZnO系列催化剂，并引入太阳光辐射能量来实现光热协同催化反应，以突破热力学限制。由p型半导体Co₃O₄和n型半导体ZnO复合而成的Co₃O₄-ZnO氧化物具有异质结构，而负载于Co₃O₄-ZnO表面的Au纳米粒子具有局域表面等离子体共振(LSPR)效应。我们研究了xAu/20Co₃O₄-ZnO的可见光吸收性能、光生电子-空穴对分离效率以及Au添加对xAu/20Co₃O₄-ZnO催化剂光热协同催化性能的影响。此外，我们还研究了Au掺杂对xAu/20Co₃O₄-ZnO的体相和表面性质(晶相结构、形貌、比表面积、元素结合能、表面酸碱性、还原行为)的影响。研究结果显示，Au/20Co₃O₄-ZnO的异质结构有助于吸收可见光并提高电子-空穴对的分离效率。负载于Co₃O₄-ZnO表面的Au纳米颗粒约为50 nm，Au的加入改变了Zn和Co的电子密度，增强了Co物种的还原性，并增加了Co₃O₄-ZnO表面的氧空位。此外，Au纳米粒子的LSPR进一步提高了Au/20Co₃O₄-ZnO的可见光吸收能力，并改善了光生电子-空穴对的分离，从而提高了光热协同催化性能。在优化的条件下(150 ℃、5 MPa、6 h、25 W可见光照射)，2%Au/20Co₃O₄-ZnO表现出良好的光热协同催化性能，丙三醇碳酸酯的产率为6.5%。这项工作有望为合理设计更好的CO₂-丙三醇羰基化制丙三醇碳酸酯光热催化剂提供参考。

高分子的构象、形态及尺寸的模拟与计算，是分子水平上的虚拟仿真实验项目，结合诺贝尔奖获得者de Gennes和P. J. Flory的理论工作、由项目组自身教研成果转化、师生合作研发而成。与小分子化合物相比，高分子的研究方法有很大的不同，特别是需要采用统计方法来描述高分子链的构象、形态，计算高分子链的平均尺寸，这是经典的物理化学方法所不能完成的。本项目从研发到教学实践、再经改进，教学内容的更新优化中，自然融入了诺贝尔奖成果、哲学思想、科学思维、学科发展史、教研成果等多个维度的思政元素。