随着合成化学的不断发展，开发高活性催化剂来活化一些惰性化学键或者惰性分子受到越来越多的关注。双核金属络合物作为一类特殊的催化剂展现出了不同于单核金属催化剂的催化活性。在双核过渡金属催化体系中，因两个金属中心存在协同作用而表现出了独特的催化活性。铁、钴、镍为第四周期第VIII族元素，也称为铁系元素。该类金属廉价易得且参与的催化反应种类繁多，近年来引起了人们的广泛关注。本综述重点介绍了近年来同核双金属铁系络合物的合成及其表征。同时，对相关同核铁、钴以及镍催化剂在均相催化体系中的应用也进行了详细的介绍和总结。

胆酸盐类物质可看作是一类阴离子型甾族生物表面活性剂，鉴于其特殊的两亲性骨架结构、独特的物理化学性质及其良好的生物相容性和环境友好性，其在溶液中能够参与超分子自组装形成有序聚集结构，且可以作为模板在微纳材料制备领域有着重要应用。本文结合我们课题组的研究工作，综述了近期国内外相关研究，详细介绍了生物小分子氨基酸对胆酸盐聚集行为的影响、胆酸盐参与形成的超分子凝胶及胆酸盐参与构筑的微纳米材料制备等方面的研究进展，以期对胆酸盐参与的自组装及微纳米材料制备领域的研究有更全面更深入的了解，为后续的应用研究提供坚实的基础。

本文利用溶剂热反应方法，在多壁碳纳米管（MWCNTs）管壁上生长了共价有机框架（TpPa-COF）材料，并将这种核壳多壁碳纳米管/共价有机框架纳米复合材料（MWCNTs@TpPa-COF）成功应用在锂硒电池上。利用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）等手段对材料结构进行表征，结果表明多壁碳纳米管和共价有机框架材料成功复合。电化学测试结果表明，该材料在电流密度3C下的质量比容量为463.5 mAh·g^-1（1C=675 mAh·g^-1），500次循环后能保持99%的库仑效率，表明锂硒电池具有优异的循环稳定性和较长的循环寿命。

锂硒电池因其高体积比容量（3253 mAh·cm^-3），以及硒的高电导率（1×10^-3 S·m^-1）等显著优点，在体积受限的储能系统中具有潜在的应用价值。引起了国内外研究学者的广泛关注。但是，目前锂硒电池的性能还不理想，仍然存在许多科学问题亟待解决，包括多硒化锂的穿梭效应，电解液的适配性，充放电过程中电极体积变化等。近年来，研究工作者针对这些关键科学问题开展了许多研究和探索，锂硒电池已成为储能领域的一个新的研究热点。本文综述了锂硒电池的研究现状，着重介绍了硒-碳复合正极材料的研究进展，论述了锂硒电池的优势及存在的问题，系统分析了硒基正极材料结构和性能之间的关系，总结了锂硒电池的反应机理及其与电解液的相关性，最后展望了锂硒电池的未来发展方向。

室温离子液体对空气湿度发生比色响应，在现有的文献中鲜有报道。本论文主要报道偶氮苯酚型离子液体溶液可自发地发生明显的颜色变化，这主要是由于偶氮苯酚阴离子与水分子形成氢键的缘故。该工作通过借助核磁共振技术、紫外-可见吸收光谱、实验结果及理论计算对其中的机理进行了深入的分析。具体地说，由紫外-可见吸收光谱可知，随着时间的推移，离子液体溶液在455 nm左右的吸收峰强度逐渐降低，同时在343 nm左右的吸收峰强度逐渐增强，并伴有由橙红色向浅黄色的颜色转变。这一自响应的现象也可以从核磁共振光谱中观测到。当溶液放置时间足够长时，偶氮苯酚阴离子的氢谱出峰全部向低场发生位移，且在高场处没有新峰产生。所以，很容易将刺激源锁定在空气中的气体比如弱酸性的二氧化碳以及湿度上。由此，我们向溶液中通入二氧化碳气体，溶液可从橙红色变为浅橙红色，但却不能进一步变为浅黄色，从而排除了二氧化碳的可能性。反之，我们却发现，向溶液（乙腈作溶剂）中逐渐加入少量的水，在474 nm的吸收峰强度逐渐减弱，且在347 nm处的吸收峰强度逐渐增强，并伴随由橙红色向浅黄色的颜色变化，这与氯仿、四氯化碳溶液自发过程中产生的颜色变化几乎一致。并且，将两只装有离子液体溶液的比色皿分别放置在相对湿度为28%和100%的条件下，发现在较低的相对湿度下，溶液需要比在高湿度下长得多的时间实现整个的颜色转变，这表明湿度是引起溶液发生自发颜色变化最可能的刺激源。由高斯09软件计算（在B3LYP/6-31++G（p，d）水平）可知，偶氮苯酚阴离子的氧原子和水分子的氢原子之间的距离为0.174 nm，相应的键角为171.12°；同时，偶氮苯酚阴离子中的氧原子与水发生作用后，氧原子的ADCH电荷由原来的-0.52变为-0.62。进一步地，由约化密度梯度分析可知，在-0.04 a.u.左右出现尖头可归属于O…H-O氢键。所有以上数据表明，空气中湿度是通过以与离子液体的阴离子形成氢键的方式，诱使离子液体溶液对其发生响应并伴随着肉眼可见的颜色变化。据我们所知，这是首次发现离子液体溶液可以对空气中湿度发生变色响应。我们希望这个工作可以加深对一些貌似反常现象背后科学道理的理解。

煤油是一种理想的吸热性碳氢燃料，其热裂解在高速飞行器的热防护中起着重要作用。本工作利用加热激波管测量了煤油裂解产物/空气和煤油/空气的点火延时，点火温度657-1333 K，化学计量比1.0，点火压力1.01×10⁵-10.10×10⁵ Pa。通过对高温点火延时数据的拟合获得了两种混合物关于点火延时间和点火条件（温度和压力）的Arrhenius型关系。测量结果显示，在高温区（> 1000 K）两种混合物的点火延时很接近，并且点火延时随着温度或压力的增加而变短。但在低温区（< 1000 K），两种混合物的点火延迟特性却非常不同。煤油裂解产物的点火延时在此低温区域仍然随着温度的减小而增长，没有出现着火延迟的负温度效应；煤油的点火延迟在此温度区域却表现出明显的负温度效应。在830-1000 K温度区间，煤油裂解产物的点火延时快于煤油的；当温度低于830 K时，煤油的点火延迟时却变得比煤油裂解产物的快很多。本实验结果与机理模拟结果的比较显示，对煤油裂解产物和煤油燃烧反应机理的完善是必要的。本研究结果对了解煤油裂解产物的点火延迟特性和发展高速飞行器再生冷却技术非常有帮助。

在前期工作中，我们报道了一个三苯胺基团键接氰基二苯基乙烯单元的分子TPNCF，并认为从局域激发态到电荷转移（CT）激发态的快速内转换，能够有效抑制E/Z异构化反应。为了进一步证明CT态能够诱导E/Z构型的稳定，本文中我们将三苯胺基团替代为给电子能力更强的吩噁嗪基团，设计合成了分子PZNCF，并且成功获得其E/Z异构体。通过对原位核磁及紫外光谱数据的分析，我们发现相比于TPNCF，PZNCF在光辐照下的E/Z异构化反应明显变慢。这说明对于氰基二苯基乙烯单元，一个更强给电子能力基团吩噁嗪的引入能够使其在激发态下具有更稳定的E/Z构型。密度泛函理论计算及光物理测试结果表明PZNCF分子具有较强的电荷转移激发态，这也更加证实了我们先前的结论：通过合理构建给受体结构，能够获得激发态下构型稳定的E/Z异构体。

纳米碳点是碳纳米材料家族的新成员，近年来在国内外受到广泛关注。与传统的荧光染料和半导体量子点发光材料相比，碳点不仅具有优异的光学性能及尺寸效应，且具有制备成本低廉、生物相容性好、易于官能化、能带结构可调等优势。本文在理清有关碳点概念的基础之上，介绍了碳点结构特征和制备策略，着重综述了纳米碳点在生物成像与诊疗、传感器件、催化、光电器件和能量存储领域的最新研究进展，探讨了碳点研究目前存在的问题及未来的发展方向。

TiO₂纳米管阵列具有较高的光催化活性，但可见光吸收弱，限制了其太阳能利用和环境应用。窄带隙的钙钛矿（ABO₃）型氧化物能够吸收大范围波段的可见光，且稳定性高，但光催化活性低。本文首先采用溶胶-凝胶法合成了LaCoO₃纳米颗粒，然后利用电泳沉积技术将LaCoO₃纳米颗粒修饰于TiO₂纳米管阵列表面，构筑了LaCoO₃-TiO₂纳米管阵列。扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）的表征结果显示溶胶-凝胶法合成的纳米颗粒为LaCoO₃，其尺寸均匀，结晶度高，平均粒径约为100 nm。LaCoO₃纳米颗粒与TiO₂纳米管阵列之间的结合力好。紫外可见吸收光谱（DRS）显示，随着电泳沉积时间的延长，LaCoO₃-TiO₂纳米管阵列的吸收带边逐渐红移700 nm。可见光下光催化降解甲基橙（MO）的结果表明，电泳沉积15 min制得的LaCoO₃-TiO₂纳米管阵列对MO的光催化效率最高，其降解速率是相同条件下TiO₂纳米管阵列的4倍。光致发光光谱和电化学阻抗谱证实LaCoO₃纳米颗粒的负载有效地促进了光生电荷的分离和传输，可见光光催化活性明显增强。

含亮氨酸拉链型脂肽的温敏性脂质体被认为是抗癌药物的优良载体。亮氨酸拉链型脂肽的主要氨基酸残基序列为[VAQLEVK-VAQLESK-VSKLESK-VSSLESK]，嵌入脂质体后可以有效改善脂质体的温敏性。本文首先采用隐式溶剂副本交换分子动力学方法，对N端修饰的亮氨酸拉链单链的折叠状态进行了模拟，得到了亮氨酸拉链单链的转变温度。并对包含该种新型亮氨酸拉链型脂肽的DPPC脂质体进行常规分子动力学模拟，研究了2种不同头基的亮氨酸拉链型脂肽（ALA，C3CO）二聚体嵌入后DPPC脂质体的相转变温度变化，证明了亮氨酸拉链型脂肽对于该脂质体温敏性的控制作用。利用这一规律，可以对亮氨酸拉链型脂肽进行优化改良，得到效果更佳的温敏脂质体，对于抗癌药物载体的开发有着重要的意义。

甲烷部分氧化制合成气反应（POM）是天然气、页岩气资源利用的重要途径之一，常用的Ni/SiO₂催化剂在反应中易发生表面积炭而失活。为了解决这一问题，我们采用尿素沉淀法制备W修饰的Ni基催化剂，并考察其在POM反应中的稳定性和W的作用。结果表明，催化剂中适量W的存在可显著改善其POM反应稳定性。其原因为Ni-W作用修饰了Ni的化学态或其亲氧能力，从而改善了其表面抗积炭能力。此外，反应中催化剂表面形成的α-WC具有一定的抑制表面积炭形成的能力，且该α-WC具有良好的稳定性。

基于极性晶体的晶面能理论，不添加任何辅助添加剂，本论文仅通过调节水热结晶条件实现了对ZnO纳米管阵列结构的可控合成。通过晶体表面能计算表明，具有Zn终端的[0001]面由于具有较高的表面能，属于不稳定晶面。因此，随着生长结晶过程的进行，为了最终达到系统的低能量稳定状态，ZnO纳米棒的顶面[0001]面会逐渐优先溶解，并最终形成管状结构。其中，与晶面能紧密相关的溶解结晶平衡浓度是影响管状结构形成的重要因素。本论文通过确定水热生长条件下，ZnO纳米棒向纳米管结构转变的临界浓度，成功验证了由棒状结构向管状结构的自转化机理并缩短了管状结构的转化时间。由于ZnO纳米管阵列优秀的传导性能和可填充性，以及对基底材料的广泛适用性等特点，本研究进一步将其应用在相变材料的封装领域。实验结果表明，ZnO纳米管阵列薄膜封装相变材料表现出更好的热传导性能和储放热性能，在恒温器件领域展现出良好的应用潜力。

硼烯是由硼原子构成的单原子层厚的二维材料，具有丰富的化学和物理性质。本文集中介绍近年来硼烯在合成方面的理论与实验研究进展，重点分析基底、生长温度、生长前驱物等因素对硼成核选择性的影响，探讨能够促进硼烯成核的潜在方法。进一步将分析硼烯生长机制及理论研究方法，以此展望通过在基底上化学气相沉积合成硼烯的可能途径。本文旨在促进大面积、高质量硼烯样品的制备以推动硼烯的实际应用。

在表面增强拉曼光谱（SERS）的研究领域中，基于局域表面等离子体共振效应的等离子体SERS基底的制备成为过去几十年的研究热点。然而，通常开发的等离子体金属基底具有较差的稳定性和重现性。对于SERS而言，石墨烯类材料具有拉曼化学增强效应，除此之外，还具有分子富集、强的稳定性与荧光猝灭能力等优点，因此基于石墨金属复合纳米材料的SERS基底受到了研究人员的重视。我们利用化学气相沉积（CVD）法制备了小尺寸的金石墨核壳纳米颗粒（Au@G），其粒径约为17 nm。我们通过在Au NP上包覆介孔二氧化硅来控制Au@G的尺寸，同时还研究了包覆二氧化硅过程中，正硅酸乙酯（TEOS）的浓度对于石墨壳层形成的影响。结果表明当TEOS在一定浓度范围内，其浓度的降低有利于得到石墨化程度高的Au@G。进一步利用Au@G对结晶紫分子进行拉曼检测，也表明了Au@G具有较好的拉曼增强效果。这种小尺寸的Au@G在分子检测与细胞成像分析领域中具有广泛的应用潜力。

三维石墨烯（3DG）被广泛研究用于能量存储和转换器件中的导电框架材料。化学气相沉积（CVD）是制备品质三维石墨烯的重要方法，其中选择合适的模板材料对于调控石墨烯形貌和成本至关重要。在此，本文使用牛骨灰这一廉价易得的生物废弃物作为CVD模板，制备了高品质三维石墨烯。这种三维石墨烯表现出"双连续"的微观结构，即石墨烯框架及其空隙均是连续的，因而可以作为导电框架材料用于电化学储能器件。我们将硫均匀负载于三维石墨烯作为高性能锂-硫电池的正极材料，其在高倍率（2C）下具有约550 mAh·g^-1的高比容量。此外，将牛骨灰模板蚀刻后所得溶液可作为原料用于磷酸生产，实现了高的原子利用率。这一工作将石墨烯制备与成熟的磷化工产业结合，发展了一种低成本、高原子经济性地制备三维石墨烯的新途径。

碳化钼具有低廉的价格、优越的催化性能以及良好的稳定性而被人们认为是极好的可以替代Pt等贵金属的氢析出反应（HER）催化剂。本工作采用钼酸钠和2，6-二氨基吡啶为反应原料，之后不断进行盐封的过程直到前驱体被紧紧包覆在NaCl的晶格中，最后置于惰性气氛下煅烧即可制得盐封后碳化钼。本工作采用了扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、能量色散x射线光谱（EDS）、X射线衍射（XRD）以及X射线光电子能谱（XPS）等技术对盐封后碳化钼的形貌、组成以及晶体结构进行了表征。结果表明盐封后的产物形貌并不均一，其中包括纳米颗粒及纳米棒。比较Mo₂C/SS与Mo₂C的TEM图，可以发现盐封后Mo₂C的尺寸变小，表明盐封的方法可以有效地避免颗粒的团聚。根据产物的氮气吸脱附等温线得到的催化剂的Brunauer-Emmett-Teller（BET）比表面积，盐封后Mo₂C的BET表面积由2.55提高至8.14 m²·g^-1，可以证明盐封过程中孔的生成。EDS、XRD及XPS分析的结果表明盐封后的产物是斜方晶系的Mo₂C，并且表面由于被氧气氧化而带有氧化钼。结合XPS和周转率（TOF）数计算的结果，可以说明盐封过程中孔的形成有助于暴露更多活性位点，然而同时也扩大了与氧气的接触面积，催化剂表面形成的氧化钼的含量也增多。因此，催化剂表面活性中心即碳化钼所占的比例降低。另一方面，氧化钼的法拉第反应产生的赝电容会与碳化钼催化剂的双电层电容叠加，导致得到的比容量数值偏大。而氧化钼的赝电容效应对Mo₂C/SS催化剂的影响是更显著的，因此盐封后的TOF数降低。同Mo₂C相比，Mo₂C/SS展现出更高的HER质量活性的原因可归结如下：（1）盐封过程中大量孔的形成有助于提高产物的BET表面积并暴露出更多的活性位点；（2）盐封后的多孔结构和较大的表面积有利于传质传荷；（3）盐封后碳化钼的Tafel斜率由145降至88 mV·dec^-1。总的来说，盐封后碳化钼的HER活性有了明显的提高，当电流密度达到10 mA·cm^-2时，过电位为175 mV左右。盐封后碳化钼的Tafel斜率为88 mV·dec^-1，证明催化剂表面发生的氢析出反应遵循Volmer-Heyrovsky机理并以电化学脱附步骤为反应的速控步骤。

以热解型Fe/N/C为代表的碳基非贵金属材料被认为是当前最具潜力替代铂的非贵金属氧还原催化剂，其综合性能的进一步突破，对于推动质子交换膜燃料电池商业化应用具有重要意义。对热解型Fe/N/C催化剂活性位结构的深入认识是实现催化剂高活性位密度和高稳定性理性设计的关键。本文总结了热解型Fe/N/C活性位的研究进展，重点介绍了非晶态铁氮配位活性中心、氮掺杂和碳缺陷三类活性位构型。由于热解型Fe/N/C是非均相的，结构非常复杂，导致在活性位认识上还存在诸多争议，本文总结阐述了活性位结构的不同观点。最后，我们展望了Fe/N/C催化剂活性位研究的未来方向。

由于详细化学反应机理在模拟燃烧室燃烧时，计算量极大，很难被广泛运用。为了满足工程设计要求，采用替代燃料的简化机理进行计算不失为一种行之有效的方法。本文基于误差传播的直接关系图法和敏感性分析法对正十二烷180组分1962步高温机理（温度大于1100 K）进行简化，获得40组分234步化学反应机理。在温度为1100-1650 K，压力为0.1-4 MPa条件下，采用简化机理及详细机理对不同当量比、压力下着火延迟时间进行模拟，模拟结果与实验数据吻合得较好。通过对不同压力及温度下火焰传播速度进行模拟，验证了简化机理能够正确地反映正十二烷的燃烧特性。利用C₁₂H₂₆/OH/H₂O/CO₂等重要组分随时间变化的数据，验证了简化机理能够准确描述燃烧过程反应物消耗、基团变化、生成物产生的过程，并表明该机理具有较高的模拟精度。利用该简化机理对本生灯进行数值分析，结果表明该机理能够准确地反映火焰区温度和组分浓度的变化。紧凑的正十二烷高温简化机理不仅能够正确体现其物理化学特性，而且能够用于三维数值模拟，具有较高的工程运用价值和应用前景。

报道了一种基于金银合金薄膜的宽光谱表面等离子体共振成像（SPRI）传感器，该传感器能够对吸附在薄膜局部或整个表面上的生化分子进行原位定量检测，而且与常规的金膜SPRI传感器相比，检测成本更低，检测灵敏度更高。利用质量比1：1的金银合金溅射靶在玻璃基板上淀积了厚约50 nm的均匀的金银合金薄膜。利用实验室自制的Krestchmann结构多功能平台在不同入射角下测试了金银合金薄膜被纯水覆盖后的SPR光谱和SPR彩色图像。基于色相算法计算获得了每个SPR彩像的二维色相分布及其平均色相，从而使得宽光谱SPRI传感器能够利用平均色相作为灵敏度参数进行定量检测。实验确定了平均色相对溶液折射率（RI）变化和分子吸附最为敏感的光谱区间是595-610 nm之间。在这个窄光谱范围内，平均色相与共振波长呈线性关系，其斜率为△hue/△λ_R=7.52·nm^-1，这意味着基于色相的RI灵敏度是基于共振波长的RI灵敏度的7.52倍，这一结论已被实验证明。将SPRI传感器的起始共振波长设定在色相敏感光谱区间内之后，实验测得基于色相的RI灵敏度为S=29879·RIU^-1，比在相同条件下测得的金膜SPRI的灵敏度高8倍。利用时间分辨宽光谱SPRI方法实时监测了牛血清白蛋白（BSA）分子在金银合金薄膜表面的非特异性吸附，从实验测得的平均色相随时间的变化曲线可知BSA吸附达到平衡所需时间约15 min。研究结果表明，基于金银合金薄膜的SPRI传感器具有动态定量检测蛋白质分子吸附过程的功能。

本文用单分子探测研究了外膜蛋白OmpT在Tween-20与十二烷基-β-D-麦芽糖苷（DDM）胶束中的折叠。我们制备了单分散的OmpT，观察到OmpT在不同浓度尿素的Tween-20和DDM胶束中的折叠与去折叠。OmpT在Tween-20胶束中形成的折叠态与其在DDM中折叠形成的天然OmpT结构相似，但稳定性和酶活性均低于天然OmpT。与此相比，在Tween-20中OmpA只在低浓度尿素中折叠，OmpC不折叠。荧光相关光谱（FCS）结果表明折叠的外膜蛋白与去垢剂胶束形成复合体。在β桶折叠机器（BAM）复合体存在时，OmpT比OmpA和OmpC的折叠更加高效。三种外膜蛋白在Tween-20和BAM复合体存在下的折叠结果表明，OmpT比OmpA与OmpC更容易折叠。人们猜测不同性质的外膜蛋白与BAM复合体作用的方式不同，本文的研究结果为这种猜测提供了支持。由于Tween-20常被用于防止单分子实验中的非特异性吸附，本文的结果也提醒人们要注意蛋白与Tween-20相互作用对实验结果的影响。

最近几年，有机太阳能电池中的非富勒烯小分子受体研究引起了人们的兴趣。其中，苝二酰亚胺（PDI）类分子因具有良好的电子传输能力，较强的电子亲和力，稳定的光、热、化学性能以及化学结构的可设计性带来的性能可调控性而得到广泛的关注。本文总结了近三年来在体异质结有机太阳能电池应用方面PDI小分子受体的研究进展，重点关注了PDI分子结构对其性能的影响，希望为以后PDI类受体分子的设计思路起到一定的启发作用。

电化学阻抗谱技术（EIS）在固体氧化物燃料电池（SOFC）中已获得广泛应用。在EIS分析过程中，研究者能够清楚地获得燃料电池内部因纯离子（电子）导电引起的欧姆电阻和因电化学过程、扩散作用引起的极化阻抗的大小，但是对于极化阻抗的构成缺乏进一步解析。本文选用传统的Ni-YSZ阳极支撑电池，通过改变测试温度、阳极运行气氛和阴极运行气氛，设计了一套完整的阻抗差异分析（ADIS）实验。并基于弛豫时间分布法（DRT）和阻抗差异分析法，系统地分析并解释了阻抗谱中各频率段对应阻抗的物理或（电）化学含义，将该类型电池阻抗谱以6个RQ并联电路予以拟合，为之后燃料电池性能稳定性的研究奠定基础。

由于铂的资源稀缺，开发用于质子交换膜燃料电池（PEMFC）的低铂含量电极至关重要。与传统的高铂含量电极相比，低Pt膜电极（MEA）中电解质离聚物的分布状态和电极的表面形态对其性能有着更重要的影响。本工作研究了催化剂墨水溶剂对所制备的低Pt含量（0.1 mg·cm^-2）燃料电池阴极性能的影响。单电池测试表明，与其他溶剂相比，以异丙醇-水混合物作为溶剂所得到的电极具有最好的性能。通过扫描电镜和透射电镜的测试发现，该电极表面形貌和催化剂与离聚物的分散性的均匀性都有所改善。其原因是由于加入的水增强了溶液内的氢键作用，使溶剂蒸发速率减慢，同时也使溶剂的介电常数增加而提高离聚物的分散性。动态光散射的结果表明，催化剂与离聚物的粒子尺寸也受到溶剂的影响，最佳尺寸范围为400-800 nm范围内。

以四氧化三钴Co₃O₄纳米棒为研究对象，我们利用液体环境透射电子显微镜，原位观察了四氧化三钴纳米棒在水中的自组装过程。研究发现在电子束辐照的水环境下，四氧化三钴纳米棒的晶面存在互补式自组装现象。随着纳米棒之间的距离越来越近，纳米棒之间的相对运动速率逐渐增加，纳米棒之间的相互作用力逐渐增加。通过进一步分析纳米棒的形貌发现，纳米棒的暴露晶面大多数为{100}、{110}以及{111}晶面，而Co₃O₄属于极性氧化物，这些晶面往往会带有一定的电荷。在液体环境下，正是由于这些易暴露面都带有不同大小的电荷，在晶面电荷的驱动下，电荷属性相反的四氧化三钴纳米棒会互相吸引，形貌结构上进行互补，实现快速驱动的纳米棒之间自组装。

本论文利用飞行时间质谱的实验方法对钒氧阳离子VO_1-4⁺与直链烷烃（n-C_mH_2m+2，m=3，5，7）的反应性进行了系统研究，并且利用密度泛函理论方法对VO_1-3⁺与戊烷的反应进行了理论计算。实验结果表明，在VO⁺，VO₃⁺和VO₄⁺与n-C₅H₁₂反应中，吸附反应为主要的反应通道，同时还伴随着C-H键和C-C键的活化反应。在本实验体系中，VO⁺的反应活性要优于VO₃⁺，而VO₂⁺具有最优的反应活性，可以有效的活化烷烃的C-H键和C-C键生成较轻的烷烃和烯烃。VO₄⁺含有一个η²-O₂单元，由于VO₂⁺和η²-O₂之间的弱相互作用力，在实验中该阳离子经过一定时间的冷却碰撞后会释放η²-O₂单元，并以吸附为主要通道。尽管钒氧阳离子中氧原子的氧化态从VO⁺中的+Ⅲ增加到VO₂⁺中的+V和VO₃⁺中的+IV，其反应性却没有逐渐增加。基于目前的反应性趋势，我们做出推测如果具有更多碳原子的直链烷烃与VO_1-4⁺反应，将会生成更轻的烷烃/烯烃片段。本文中理论计算结果与实验观测结果基本一致。同时，我们的研究可以帮助研究者们理解在凝聚相催化剂表面发生的微观反应过程，从而建立更为完善的催化反应机理。

与富勒烯受体材料相比，非富勒烯受体材料具有更强光吸收、可调的带隙和前沿电子轨道能级等优点。本工作中，我们将报道新型含萘并二噻吩小分子受体材料的设计与合成。该材料的吸电子端基与稠环核之间含有一个噻吩桥，因此与不含噻吩桥的同类受体材料相比，该分子（DTNIT）具有更窄的带隙，能与经典的宽带隙聚合物给体PBDB-T实现更好的吸收互补。基于PBDB-T：DTNIT的聚合物太阳能电池实现了0.91 V的开路电压、增大的短路电流（14.42 mA·cm^-2），以及7.05%的光电转换效率。该光电转换效率接近于基于PBDB-T：PC₇₁BM的倒置聚合物太阳能电池的效率（7.12%）。该工作不仅报道了一个新型高效非富勒烯受体的合成方法，同时提供了一种非富勒烯受体材料的能级调控策略。

有机太阳电池的电子传输层（cathode interlayer，CIF）要求具备多种性质以利于实现高性能的电子传输与收集，这些性质包括可以与活性层形成优异的欧姆接触、高电子传输能力、低密度缺陷、高空穴阻挡能力等，而使用合适的双组份共混电子传输层可能更好地实现这些功能。本文中，我们选取苝二酰亚胺和四苯基溴化膦（PDINO：TPhPBr）来制备双组份共混的小分子CIF，并选取PBDB-T：IDTBR制备活性层。受体IDTBR的高分子空轨道（LIMO）能级、给体PBDB-T的低最高占据轨道（HOMO）能级以及小的给受体间的HOMO-HOMO能级差有利于得到高的开路电压（V_oc），更主要的是，与单组份CIF相比，PDINO：TPhPBr所具有的更优异的性能使得所制备的非富勒烯聚合物太阳能电池具有更高的V_oc、短路电流（J_sc）和填充因子（FF）。最终，得到了8.27%的光电转换效率和1.0 V的V_oc。这些结果说明了苝二酰亚胺和膦盐基双组份共混小分子CIF在提升电池性能方面所具备的巨大潜能。

本工作采用超声辅助液相剥离法制备锑烯量子点，研究了在180 W、10 h的超声工艺条件下，分别以H₂O、C₂H₅OH、N-甲基吡咯烷酮（NMP）为剥离溶剂得到的样品形貌。以分散浓度及稳定性为标准，评估了三种溶剂在锑烯量子点制备中的优劣。结果表明，锑烯样品在NMP中分散浓度最高且最为稳定。透射电子显微镜（TEM）的结果显示，只有NMP中的样品在形貌上呈现出来的是量子点，而其他两种溶剂中得到的样品主要是锑烯纳米片，所以NMP是最适合锑烯量子点制备的溶剂。此外，我们还标定了以上三种溶剂中锑烯样品浓度与比浊度的标准曲线，从而可以通过比浊法方便地测定锑烯分散液的浓度。