铬黑T是一种常见的金属离子指示剂，其颜色随溶液pH值不同而变化，且与其金属离子络合物颜色有明显差异，可有效指示反应终点，在分析化学领域有广泛应用。本文用计算化学方法研究了铬黑T及其典型金属离子(Mg²⁺、Ca²⁺)络合物的分子结构，计算了它们的紫外可见光谱，分析了其分子结构与电子光谱之间的内在关联，并使用紫外-可见吸收光谱法测定了不同pH值的铬黑T溶液及其钙、镁络合物的吸收光谱。理论与实验研究相结合阐释了铬黑T指示剂的显色和变色原理，研究结果有助于加深对铬黑T结构-性能关系的理解。

通过一步水热法成功制备了一种水系锌离子电池正极材料——富1T相的MoS₂(1T′-MoS₂)。表征结果与密度泛函理论(DFT)模拟计算表明，1T′-MoS₂的电导率明显高于2H-MoS₂，并且含有丰富的硫缺陷。这有助于大幅提升离子扩散速率和电荷转移速率，优化材料的电化学和动力学性能。因此，采用1T′-MoS₂组装的电池在0.1 A·g^-1的电流密度下，首次放电容量高达202 mAh·g^-1。此外，在大电流密度下(1 A·g^-1)，其经过500次恒电流充放电循环后，电池的容量保持率为92%，显示出较高的容量和长循环稳定性。

过氧化氢(H₂O₂)是100种最重要的化学品之一，广泛应用于漂白、消毒和合成化学等行业。最近，它被用作直接燃料电池的燃料。当前的H₂O₂生产依赖于苛刻的蒽醌氧化法。从环境、可持续性和经济角度来看，光催化H₂O₂生产是一种更有利的替代方法。该过程需要水和分子氧作为输入，并以阳光为唯一能源。尽管有这些优点，该技术的实际应用仍然具有挑战性。最常见的瓶颈是光催化剂的不足、上坡热力学、缓慢的过程动力学以及竞争性反应和逆向反应。本文讨论了这些局限性，并重点提出了提高效率和选择性的建议观点，旨在为大规模H₂O₂光生产铺平道路。

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。

内建电场被认为是促进电荷迁移和分离，以提高光催化性能的有效驱动因素。本工作通过一步溶剂热法合成了间隙氯和取代氯共掺杂的一维纳米棒Mn_0.2Cd_0.8S (MCS)。间隙氯和取代氯的掺杂导致MCS纳米棒中的电荷分布不平衡，形成内建电场，有利于提高光生载流子动力学。通过密度泛函理论计算，本研究通过对电子结构、电荷分布和H₂吸附/解吸平衡差异的研究，直观地描述了间隙氯和取代氯的掺杂对MCS活性的影响。有趣的是，MCS能带结构的调控主要源于间隙氯的贡献，而取代氯无贡献。同时，取代氯可以进一步促进间隙氯对MCS的H₂吸附-脱附吉布斯自由能的优化。最终，0.9 Cl-MCS的H₂吸附-脱附吉布斯自由能更有利于H₂的产生(1.14 vs. 0.17 eV)，光催化产H₂活性提高了9倍。本研究为在双金属硫化物光催化剂中构建内建电场提供了有价值的途径。

苯(C₆H₆)与二十面体硼烷(B₁₂H₁₂^2-)是具有π-和σ-芳香性分子的典型代表。本实验采用密度泛函理论(DFT)分别计算二者的分子轨道图及核独立化学位移值，引导学生了解计算化学研究芳香性的一般方法，构建对电子离域结构的直观认知。通过对比分析，帮助学生加深对芳香性的理解，达到巩固基础，拓宽视野，提升创新技能的目的。实验普适性好，易于推广。

过渡金属羟基氧化物已被证明是水氧化反应的可靠助催化剂。然而，在水氧化过程中它们对H₂O及其中间产物的吸附能力不足，极大制约了水氧化速率的提高。在本研究中，H₂O及其中间体在MnOOH助剂的缺电子Mn^(3+δ)+上的自发增强吸附可以极大地促进水的快速氧化，从而在纯水体系中实现高效的光催化H₂O₂生成。首先，无定型MnOOH通过定向光诱导氧化方法选择性地沉积在AuPd改性的单晶BiVO₄光催化剂的(110)面上，从而制备了AuPd/BiVO₄/MnOOH光催化剂。光催化实验表明，所制备的AuPd/BiVO₄/MnOOH (0.5%)光催化剂的H₂O₂产生速率达到214 μmol∙L⁻¹，并表现出良好的稳定性和重现性。密度泛函理论计算和X射线光电子能谱表征表明，MnOOH的自由电子可以有效地转移到BiVO₄上，诱导缺电子Mn位(Mn^(3+δ)+)的产生，从而自发地促进H₂O及其中间体的吸附，增强四电子WOR反应，导致H₂O₂的高效生成。本文关于助催化剂与主体催化剂之间强相互作用的工作为其它高效催化材料的合理设计提供了一种新的思路。

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。

平衡核间距在研究双原子分子性质中有着非常重要的地位，通过光谱实验和量子化学计算都可以得到其平衡核间距。H₂是最简单的双原子分子，本文将以它为例介绍求同核双原子分子平衡核间距的光谱实验方法，包括拉曼光谱、电场诱导偶极矩跃迁光谱和四极矩跃迁光谱，并介绍其薛定谔方程的求解历史，尤其是平衡核间距和键解离能。

采用固相研磨法，制备了一系列h-MoO₃/SiO₂催化剂，这些催化剂用于季戊四醇(PER)和异辛酸(i-EHA)反应，合成季戊四醇异辛酸酯(POE)，并采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)、N₂吸附-脱附、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对催化剂进行表征测试。结果表明，h-MoO₃负载量为15%的(200)晶面择优取向的h-MoO₃/SiO₂是合成POE的优良催化剂。适宜的反应工艺条件(n_i-EHA/n_PER=4.3，m_h-MoO3/SiO2/m_PER=0.003，T=220℃，t=4 h)下，酯化率可达90.83%，POE的选择性可达100%。