自由基物种的电子富裕或缺少程度以及极性效应是支配其反应性和选择性的关键因素。一般来说，自由基可以根据电负性、反应性能或得失电子后物种的稳定性等划分为亲核自由基和亲电自由基。本文着重介绍一系列常见碳原子中心自由基和杂原子中心自由基的亲核性或亲电性的分类原则和方法，同时提供若干合成化学中的具体应用实例。

开展科研和教学融合型化学实验教学，将基础教学与科研有机结合，以学以致用的方式提升人才培养效果，有助于推进教育教学改革进程。本实验以Ni(OH)₂电极有机电氧化反应为例，设置了五个教学模块，包含Ni(OH)₂电极制备与表征、Ni(OH)₂有机电氧化特性研究、催化活性中心原位电化学测定、电化学界面电荷转移机制和有机电氧化热力学的第一性原理研究等方面的实验教学，涵盖宏观到微观电化学反应规律描述及其原位表征技术，以达到通过实验教学促进学生对相关电化学理论知识的理解，培养学生科研思维和创新能力。

A gold catalyst of Au/ pyrenyl-graphdiyne (Pyr-GDY) was prepared by anchoring small size of gold nanoparticles (Au NPs) on the surface of Pyr-GDY for electrocatalytic nitrogen reduction reaction (eNRR), in which Au NPs with a size of approximately 3.69 nm was evenly distributed on spongy-like porous Pyr-GDY. The catalyst exhibited a good electrocatalytic activity for N₂ reduction in a nitrogen-saturated electrolyte, with an ammonia yield of 32.1 μg·h^-1·mg_cat^-1 at -0.3 V (vs RHE), 3.5 times higher than that of Au/C (Au NPs anchored on carbon black). In addition, Au/Pyr-GDY showed a Faraday efficiency (FE) of 26.9% for eNRR, and a good catalysis durability for over 22 h.

通过一步电沉积法在碳布(CC)表面构建了镍钴双金属磷化物(NiCoP)与聚吡咯(PPy)复合的NiCoP/PPy/CC材料，并探究了吡咯的添加量对材料形貌、结构以及性能的影响。当吡咯的浓度为3 mol·L^-1时制备的NiCoP/PPy/CC-3电极的电化学性能最佳，其在三电极体系中表现出较好的电化学性能，在4.0 mA·cm^-2的电流密度下，该电极的面积比电容为1 068.11 mF·cm^-2，对应的质量比电容为508.62 F·g^-1，并且在8.0 mA·cm^-2的电流密度下进行6 000次循环后的电容保持率为90.1%。将该电极应用于柔性非对称超级电容器中，该柔性器件可实现180°的弯折，并且在8.0 mA·cm^-2的电流密度下进行10 000次循环后，器件的初始比电容仍保持88.6%。此外，将2个非对称超级电容器串联可以有效地点亮发光二极管(LED)。

界面双电层是电催化反应的核心区域。催化剂表面原子、反应物、中间体、产物、溶剂分子和离子等组分，共同构成了复杂的动态反应网络。这种特殊的组成和结构赋予界面双电层以特殊的性质，深刻地影响了电催化反应的路径与结果。本文将以电催化反应中的双电层为主要研究对象，围绕双电层理论模型及其历史沿革、双电层的实验表征方法和双电层对电催化反应的影响这三个方面，以若干电催化反应前沿研究为例，阐述双电层与电催化反应之间的关联，并介绍一些特定情形下电催化双电层研究的研究方法和研究逻辑。

结合Cu(Ⅱ)离子浸渍吸附方法及直流电弧等离子体喷射化学气相沉积技术制备了一种电化学/电生理双模Cu₂O/Cu-垂直石墨烯微电极，并研究了电化学方法检测尿酸以及记录脑电信号的双响应性能。使用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪表征了形貌、微结构及晶体成分，并测试了电化学及脑电记录能力。结果表明，该微电极直径仅为200 μm，大量镶嵌Cu₂O/Cu纳米粒子的石墨烯纳米片垂直生长在基片上，排列成了一种三维的多孔结构，使其具有了高的电化学催化活性、短程离子扩散路径、以及长程导电网络。由此，以10 μL的饱和NaCl溶液为介质记录脑电信号时，该微电极的皮肤接触电阻低至约7.05 kΩ，生理电采集性能接近涂导电膏的商用湿电极。此外，该微电极还灵敏响应尿酸的氧化电流，检测浓度范围在0.5~500μmol·L^-1，检测限低至0.024 μmol·L^-1，且具有良好的抗干扰能力及长期稳定性。

采用机械剥离法制备了2H相α-In₂Se₃[α-In₂Se₃(2H)]纳米片。通过X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)、拉曼光谱、球差电镜和压电力显微镜对纳米片的结构和铁电性能进行详细表征，确定纳米片为具有特殊结构的α-In₂Se₃(2H)铁电材料。进一步在SiO₂/Si基片上成功构造了基于α-In₂Se₃(2H)铁电的平面四端器件，详细研究其在各个方向的光响应。结果表明，具有本征结构的α-In₂Se₃(2H)在相互垂直方向均没有光响应。在器件两端分别施加电压后，α-In₂Se₃(2H)器件在相互垂直方向均出现了明显的光响应，尤其在接近于易极化轴方向施加电压后，α-In₂Se₃(2H)器件出现了各向异性光响应。

采用传统固相法制备了La³⁺掺杂的0.28Pb (In_1/2Nb_1/2) O₃-0.32Pb (Zn_1/3Nb_2/3) O₃-0.3PbTiO₃-0.1PbZrO₃(PIN-PZN-PZT)四元压电陶瓷，研究了La³⁺掺杂量对PIN-PZN-PZT四元压电陶瓷微观结构和电学性能的影响。结果表明：引入La³⁺可以增强压电陶瓷局部结构异质性，进而提升介电弛豫特性并提高压电性能。当La₂O₃含量为1.5%时，获得了兼具高电致应变(0.23%)和高居里温度(206℃)的压电陶瓷材料。

通过简单的水热法合成了3种铽配合物(α-Tb-CCP、β-Tb-CCP和γ-Tb-CCP)阴极电致化学发光(ECL)体，同时筛选出ECL信号最高的β-Tb-CCP。β-Tb-CCP的ECL信号最强主要归因于其小的尺寸和表面孔径。最后，以β-Tb-CCP为发光体，肾上腺素(EP)为信号猝灭剂，花状的氧化锌为ECL信号稳定剂和共反应加速剂，构建了灵敏检测EP的ECL传感器。结果表明，在0.1 pmol·L^-1~10 mmol·L^-1的范围内，EP的检测限为18.2 fmol·L^-1(S/N=3)。此外，将构建的传感方法用于2批次商用盐酸EP注射液含量检测，结果与注射剂声明的EP含量接近。

尿素电解对于发展可持续、清洁的能源转化技术，以应对全球能源短缺和环境问题的挑战具有重要意义。因此，设计有效的尿素氧化电催化剂，深入了解中心金属离子的电子环境，对实现高性能的尿素基能量转换技术具有重要意义。在本文中，我们成功合成了分层结构的Ni₂P纳米片@纳米棒，简称P-Ni₂P HNNs，作为能够提高尿素氧化反应效率的高效电催化剂。这一催化剂的设计采用了水解共沉淀-氧化工艺和磷取代法。X射线吸收精细结构谱分析表明，P-Ni₂P HNNs具有较高的尿素氧化电化学活性，其中Niⁿ⁺金属的电子结构能够增强Ni―O―O键的耦合，从而提高了尿素氧化反应的动力学性能。由于Niⁿ⁺金属活性中心以及结构的巧妙设计，P-Ni₂P HNNs表现出卓越的尿素氧化反应活性和稳定性。在10 mA∙cm⁻²时，其过电位低至132 mV，Tafel斜率为33.7 mV∙dec⁻¹，同时在10 mA∙cm⁻²时的稳定性可达6 h。此外，采用P-Ni₂P HNNs-2/NF作为阳极组装成尿素电解电池。该装置在10 mA∙cm⁻²时获得1.411 V的低电位，在1.595 V时可达100 mA∙cm⁻²的高电流密度。本研究提供了一种有效可行的方法，用于设计高效的镍基磷化催化剂，有望推动磷化物在各种能源相关应用方面的进一步研究。