采用化学气相沉积方法和逆向气流策略，成功地可控合成了均匀、平整、结晶良好的单层、2H相、3R相以及螺旋结构硒化钨（WSe₂）单晶，利用光学显微镜、原子力显微镜、拉曼和光致发光光谱等表征进行测试分析，证实了WSe₂具有优异的晶体质量。通过精确控制炉腔温度分布实现了不同原子层堆垛方式的生长调控，利用过饱和度理论分析推测出螺旋堆垛及位错臂的数量与不同过饱和度分布之间的关系，在螺旋的WSe₂结构中观测到了两个数量级的二次谐波产生（SHG）增强，通过SHG偏振特性表征螺旋结构的偏转角度，揭示了层间耦合作用和内部应变对螺旋堆垛的影响，有助于推动二维半导体多相可控生长和光电物性调控研究。

为揭示绿色电气石的致色机理, 对阿富汗浅绿色电气石开展了宝石学常规测试、 X射线衍射、 红外光谱、 紫外-可见光谱、 X射线光电子能谱和电子探针等一系列研究。 结果表明, 该电气石相对密度为3.04, No=1.639, Ne=1.620, 多色性弱; 衍射分析表明其为锂电气石; 红外光谱在456, 500, 605, 645, 715, 780, 980, 1 030, 1 110, 1 290, 1 350, 3 460, 3 580和3 640 cm-1等处出现吸收峰, 其中605, 645, 715, 780和1 110 cm-1吸收峰由Si—O—Si对称及非对称伸缩振动引起, 980和1 030 cm-1吸收峰由O—Si—O对称及非对称伸缩振动引起, 500 cm-1吸收峰由Si—O弯曲振动引起, 1 290 cm-1吸收峰由［BO3］伸缩振动引起, 1 350 cm-1吸收峰由OH弯曲振动引起, 3 460和3 580 cm-1处吸收峰由O3H振动引起, 3 640 cm-1处吸收峰由O1H振动引起, 456 cm-1吸收峰强度大, 源自［AlO6］振动。 红外光谱中605和645 cm-1吸收峰与标准谱图的差异可能反映出致色离子的混入对［Si6O18］振动产生一定影响。 衍射分析和红外光谱分析的结果揭示出浅绿色产生的晶体结构基础。 在可见光范围内该电气石在E∥c和E⊥c方向的吸收位置基本相同, 仅吸收强度略有差异, 从而导致其多色性弱, 在红区718 nm和蓝紫区420 nm处均形成吸收, 而在黄绿区则透射良好, 因此呈现其特有的明亮的浅绿色。 紫外-可见光谱分析揭示出浅绿色的颜色结构。 X射线光电子能谱表明该电气石主要含有Li, Na, Al, Si, O, F和B等元素, 微量元素为过渡金属离子Fe2+, Fe3+, Mn2+和Ni2+等, 并且Fe2+, Fe3+和Ni2+占据Y位, 而Mn2+占据Z位。 XPS分析揭示出产生浅绿色的过渡金属离子种类、 价态、 占位等化学状态。 结合电子探针分析, 样品的晶体化学式为: X(Na0.612Ca0.063K0.008)Y(Li0.989Fe2+0.070Fe3+0.117Al1.824)Z(Mn2+0.035Al5.762Si0.203)［Si6.000O18］［BO3］3V(OH2.134O0.866)W(OH0.542F0.458)。 电子探针分析揭示出浅绿色产生的晶体化学组成。 样品紫外-可见吸收谱峰和其化学组分及过渡金属离子化学状态的特征综合表明, 718 nm处吸收可能系由Fe2+-Fe3+的电荷转移引起, 而420 nm处吸收则可能由Ni2+的d—d电子跃迁引起。 上述研究结果能为以致色离子化学状态为基础的改色优化、 以晶体化学及谱学特征为基础的产地鉴定等提供可靠依据。

通过溶剂热法制备了一种纳米尺寸的VS2薄片原位钉扎在Ti3C2Tx MXene上形成铆钉结构的复合材料(VS2/Ti3C2Tx MXene)应用于钠离子电池。通过Ti3C2Tx MXene的原位限域作用抑制了VS2的团聚生长。VS2和Ti3C2Tx MXene之间形成稳定的化学耦合作用也提升了VS2的电荷传输动力。结果表明：该复合材料在10 A/g的电流密度下具有340 mA·h/g的高倍率性能，以及5 A/g的电流密度下稳定循环2 000圈的电化学性能。该复合设计为发展兼具高能量密度和高功率密度钠离子电池负极材料提供了新的选择。

过渡金属碳酸盐(MCO3, M=Mn、Fe、Co或Ni)具有高理论容量(约1 600 mA·h·g-1), 在锂离子电池新型负极材料研究领域受到广泛关注。但常规方法合成的微米尺度的过渡金属碳酸盐由于颗粒导电性差、离子电导率低、体积膨胀大, 导致电池性能不佳。本工作总结了提高过渡金属碳酸盐储锂性能的三种高效策略为纳米化与多级结构设计、阳离子取代和多功能材料复合, 揭示了过渡金属碳酸盐的内在反应机理, 提出了MCO3的结构组成理性设计策略, 对深入开发高比容量、优异倍率性能和长期循环稳定性的过渡金属碳酸盐负极具有一定的参考价值。

近年来，通过光伏辅助电催化(PV-EC)分解水制备“绿氢”成为实现碳中和目标的关键。然而，普通电解水催化剂不能满足PV-EC系统中较高的太阳能到氢能(STH)转换效率的需求。因此，获取价格低廉、低反应过电势的电催化剂材料极为重要。本文选取具有高价态的过渡金属W作为掺杂源，采用一步电沉积方法制备出NiFeW三元金属磷化物。通过一系列的表征发现，NiFeW磷化物电催化剂表现出优异的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)活性，且作为双功能电催化剂时，在10 mA/cm2电流密度下W掺杂后样品的过电势降低了51 mV。使用NiFeW磷化物作为双功能电催化剂和太阳能电池(a-Si∶H/a-SiGe∶H/a-SiGe∶H)作为驱动源，PV-EC器件实现了超过7%的理论STH转换效率，对推动太阳能分解水制氢装置的实际应用具有重要意义。

过渡金属氧化物作为超级电容器电极材料，具有理论比容量高、化学稳定性好以及来源丰富等优点。然而，其固有的导电性差、利用率低以及循环稳定性差等缺点很大程度上阻碍了其实际应用。金属氧化物中的氧空位能够有效调节其电子性能，降低能带隙，显著提高其电导率，改善电化学倍率性能。此外，氧空位可以诱导金属的低氧化状态，促进表面氧化还原反应的进行，产生更多的活性位点，提高其电化学储存能力。本文总结了氧空位的制备方法和表征技术，并分别从单金属氧化物、双金属氧化物、杂原子掺杂金属氧化物的角度进行分类描述，综述了近年来具有氧空位的金属氧化物在超级电容器中的应用进展。

超级电容器具有容量大、功率密度高、循环寿命长的优点，在新能源存储和电动汽车等领域具有广泛的应用前景，而电极材料是提高超级电容器性能的关键。以ZIF-67为模板，通过简便的低温水热反应法以及热处理硒化法，制备了NiCoMnSe电极材料，并通过往ZIF-67模板中添加碳纳米管(CNT)或者氧化石墨烯(GO)来达到最佳的电化学性能。结果表明：最佳的NiCoMnSe/CNT电极在1 A/g下的比电容为624.0 F/g，在10 A/g时的倍率性能为90.1%。15 A/g下循环1 000次的容量保持率为88%。这种优异的电容性能归功于CNT的存在在NiCoMnSe周围引入了额外的介孔，加强了电解质与活性材料之间的接触。由于超级电容器的非对称性，NiCoMnSe/CNT//活性炭器件在800 W/kg的功率密度下表现出较高的能量密度(43.3 W?偸h/kg)，并具有良好的容量保持率(1 000次循环后保持91.4%)。