过氧化氢(H₂O₂)作为一种绿色化学品被广泛应用于众多工业领域。光催化合成H₂O₂是一种前景广阔的绿色合成路径。然而，单一半导体材料受限于光生电荷分离不足和光催化反应效率低下等问题。构建异质结以增强界面电子转移、改善电荷分离，对提升光催化活性至关重要。本研究采用两步法构建了Ⅱ型异质结ZnIn₂S₄/SCN，形成了定向高速的e^-/h⁺传输通道。内置电场(BEF)为界面处的e^-/h⁺传输与分离提供了驱动力。得益于精心设计的界面结构，单一半导体光催化剂中光生电子-空穴对的高复合率及其较低的光催化活性问题得到了有效解决。ZnIn₂S₄/SCN异质结在纯水介质中通过氧还原反应(ORR)机制，在空气条件下实现257.0 μmol g^-1 h^-1的过氧化氢产率，实现了高效的光催化H₂O₂合成。本研究基于异质结设计，为高效光催化合成H₂O₂提供了重要参考。

基于金属有机框架(MOF)衍生物的多组分界面工程在实现高性能电磁波(EMW)吸收方面具有巨大潜力。然而，精确控制异质界面构型及其相关极化机制仍是一个重大科技难题。本研究开发了一种基于双金属MOF前驱体的可控热解-硒化策略，用于制备ZnSe/Cu₂Se多相复合材料。通过前驱体结构设计和硒化程度的精准调控，实现了形貌与异质界面的双重精确控制。多尺度表征、有限元模拟和密度泛函理论(DFT)计算共同表明：Cu₂Se在碳骨架内形成了高效导电网络，产生显著传导损耗；同时两种金属硒化物的共存构建了大量异质界面，极大增强了界面极化损耗。此外，缺陷诱导极化和偶极子极化产生了活性位点，实现多尺度极化协同耗散电磁波。最终优化后的复合材料展现出卓越的电磁波吸收性能，其最小反射损耗(RL_min)达−52.63 dB，最大有效吸收带宽(EAB_max)为8.64 GHz。本研究提出了一种精确调控基于MOF衍生的双金属硒化物异质界面的策略，为理解高效衰减电磁波所需的多尺度极化协同机制提供了理论基础。

合理设计高效梯型(S型)异质结已成为当前光催化领域的一项重要突破，在推动环境友好型生态修复与能源转化技术的发展方面具有巨大潜力。然而，传统S型异质结普遍存在晶格失配问题，导致界面内建电场削弱，从而限制了光生载流子的有效分离。为克服这一瓶颈，本研究提出了一种创新的原位沉积策略，在Bi₂O₂S-BiOBr复合体系中成功构建了范德华S型异质结。该策略有效缓解了晶格失配，实现了紧密的界面结合，从而形成强效内建电场，显著促进了载流子的高效迁移与分离。Bi₂O₂S-BiOBr复合材料光吸收范围超过700 nm，并在氙灯照射下对环丙沙星(CIP)展现出优异的光催化降解性能。其中，20%Bi₂O₂S-BiOBr在15 min内即可实现93%的CIP去除率，显著优于所有对比样品。这种显著的性能提升源于范德华S型异质结中光生载流子高效分离与传输效率。本研究为范德华S型异质结的理性设计提供了新的思路与理论支撑。

铁酸锂(Li₅FeO₄)是一种极具前景的锂离子电池正极预锂化添加剂，但其易与空气中的二氧化碳和水分发生副反应而导致失效。针对这一问题，本研究提出了一种基于PF₅热诱导改性的高效路易斯酸再生策略。该策略可有效去除Li₅FeO₄表面惰性杂质，并原位构建Li₃PO₄与LiF的复合包覆层。再生后的Li₅FeO₄表现出优异的分散性、空气稳定性和电解液界面相容性，能有效抑制浆料凝胶化和界面副反应。当添加1.5% (wt)再生Li₅FeO₄时，LiFePO₄正极在200次循环后仍保持135.0 mAh g⁻¹的容量和95.3%的保持率；而对照组(未添加Li₅FeO₄)仅保留113.7 mAh g⁻¹容量(保持率92.2%)。该研究为Li₅FeO₄的实际应用提供了新思路，将在长循环锂离子电池领域获得广泛应用。

以玉米酒糟为原料制备的硬碳(HC)是一种可持续、低成本钠离子电池(SIBs)负极候选材料，但其实际应用一直受限于其不足的可逆容量。本研究报道一种温度梯度处理法，该方法可精确调控玉米酒糟衍生硬碳的层间距、孔隙率和石墨化程度，从而获得卓越的电化学性能。优化后的材料具有0.378 nm层间距和1.68 nm主孔径，展现出优异的高倍率性能：在1.0和2.0 A g^-1电流密度下分别实现289与198 mAh g^-1的比容量，且在2.0 A g^-1下循环700次后容量保持率达83%。通过原位X射线衍射与非原位拉曼光谱联用，揭示出“吸附-插层协同孔隙填充”的独特储钠机制，该机制有助于解释其快速动力学特性和长循环稳定性。这些结果表明，通过精准调控生物质衍生硬碳的结构策略，可实现实用化SIB负极所需的容量、倍率性能和循环寿命——使这种储量丰富、源自废弃物的材料大幅迈向商业化。

随着人们对农药污染的日益关注，尤其是在食品、谷物和肉类产品领域，寻找高效且稳定的光催化剂用于污染物降解成为一个重要研究方向。本研究成功合成了一种新型S型异质结光催化剂Al₆Si₂O₁₃/BiOBr(ASO/BO)纳米复合材料，旨在增强电荷转移并提高对常见农业污染物三唑磷(TAP)和敌敌畏(DDVP)的光催化降解效率。性能评估表明，60-ASO/BO纳米复合材料(ASO负载比为60%)表现出卓越的降解效率，在100 min内将农药(TAP)浓度从100%降至28.0%，且在四次循环(400 min)后仍保持94.7%的初始活性。相比之下，单相ASO和BO的降解效率显著降低，分别仅为56.6%和58.8%。对于DDVP，该复合材料也展现出优异的光催化降解活性，在100 min内将其浓度从100%降至32.3%，远优于ASO(100%至67.8%)和BO(100%至47.9%)。这一卓越性能归因于S-scheme异质结结构所带来的增强电荷转移效应。通过飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)、吸附能理论计算、差分电荷密度分析、开尔文探针力显微镜(KPFM)和原位X射线光电子能谱(XPS)进一步验证了电荷转移路径和机制。研究结果显示，S型电荷转移效应对于提升光催化性能至关重要。总体而言，ASO/BO的S型异质结为持久高效的光催化降解环境污染物提供了可靠途径，在农业、食品安全以及谷物和肉类产品保鲜领域具有广阔的应用前景。

钠离子电池在启动电源、储能调频等功率型应用中潜力显著，其发展亟需兼具高倍率性能和长循环稳定性的正极材料。传统P2-Na_0.67Ni_0.33Mn_0.67O₂材料虽具有高能量密度优势，但在高电压下会出现结构退化，影响其作为功率型电源的长期可靠性。在此，本研究采用多元素掺杂的策略，设计了P2-Na_0.67Zn_0.05Ni_0.23Fe_0.1Mn_0.57Ti_0.05O₂正极材料。该材料通过抑制高电压相变，提升了结构稳定性，在3C高倍率下循环300次后仍具有85%以上的容量保持率，展现出优异的倍率和循环性能，为功率型钠离子电池正极的设计提供了思路。

光催化燃料电池光阳极活性材料的合理设计对开发高灵敏自供能电化学传感器至关重要。实现光阳极中电荷定向迁移和缩短传输路径是提升光催化燃料电池析氧反应性能的挑战。本文设计了一种具有N–W–O共价键的钨原子分散富碳石墨相氮化碳(W-CN-C)光阳极，用于构建对重金属铜离子检测的自供能光催化燃料电池传感器。通过自组装、剥离和热诱导相结合制备W-CN-C。N–W–O共价键作为界面电荷传输通道，促进电荷载流子分离与迁移。形成的富碳结构增加碳含量，进而增强W-CN-C的π-电子离域，从而显著拓宽太阳光响应范围。原子分散的钨提供活性位点，增强W-CN-C光阳极与电解质界面间的析氧反应动力学。这些协同效应显著提高可见光吸收能力和电荷分离与转移效率，增强W-CN-C光阳极的光电转换效率，表现出优异的析氧反应性能。基于Pt@C电催化剂阴极优异的氧还原反应性能，所构建的光催化燃料电池平台展现出增强的开路电位。在W-CN-C光阳极表面锚定对铜离子特异性识别的探针，构建了自供能光催化燃料电池传感平台，用于检测铜离子。铜离子与探针形成的复合物阻碍W-CN-C光阳极的电子传输，改变光催化燃料电池的输出检测信号。所构筑的传感器表现出跨越五个数量级的宽检测范围(2.0 × 10⁻²–9.2 × 10² nmol L⁻¹)、低检测限(7.0 pmol L⁻¹)、对常见干扰物的高选择性，以及对水生环境中重金属铜离子检测的可行性。此外，以万用表作为信号输出装置，传感平台实现对铜离子的自供能和便携式检测，检测范围为0.25–1.3 × 10² nmol L⁻¹，检测限为84 pmol L⁻¹。这项工作利用原子分散级金属引入的共价键作为电荷转移通道设计高性能光阳极，为构筑对环境检测的高灵敏自供能电化学传感器提供了思路。