高负载铂（Pt）阴极催化层是实现重载型质子交换膜燃料电池高性能运行的关键，但其长期面临离聚物磺酸基团毒化与Pt纳米颗粒稳定性难以兼顾的矛盾。本文提出一种空间限域策略，通过将高含量Pt纳米颗粒（约51.8 wt%）封装于锰-氮-碳（Mn-N-C）纳米笼中，构筑了具有离聚物屏蔽微环境的Pt-MnNC催化剂。该介孔笼状结构可有效阻隔离聚物进入其内部，显著降低了磺酸基团对Pt活性位点的吸附毒化；同时，Mn-N_x位点与Pt之间的强金属-载体相互作用能够稳定锚定Pt纳米颗粒，抑制其迁移与团聚。在5 × 5 cm²膜电极测试中，Pt-MnNC催化剂在2.0 A·cm^-2电流密度下实现1.26 W·cm^-2的峰值功率密度。经过30000次加速老化测试后，其质量活性仅下降20.8%，显著优于商业Pt/C催化剂（衰减61.6%）。研究结果表明，空间限域构筑的离聚物屏蔽微环境能够有效缓解离聚物磺酸基团对Pt的毒化，并协同增强Pt纳米颗粒稳定性，为高功率密度、长寿命重载型质子交换膜燃料电池阴极催化剂的设计提供了新的思路。

双电子氧还原反应（2e^- ORR）为过氧化氢的现场制备提供了一条有前景的途径，可作为高能耗蒽醌工艺的绿色替代方案。然而，在目标2e^-路径上，竞争性的4e^- ORR具有较高选择性，导致过氧化氢的法拉第效率偏低，这成为催化剂设计中的一个关键挑战。本文构建了一种锚定有钴（Co）原子的氮掺杂中空分级多孔碳材料（Co-N/HPC），用于高性能过氧化氢电合成。该Co-N/HPC催化剂展现出优异的2e^- ORR性能，在0.4 V（vs. RHE）的施加电位下，过氧化氢选择性接近100%。此外，原位生成的过氧化氢在降解有机污染物方面表现出高效性，展示了该材料在环境修复中的双功能特性。物理表征与模拟计算证实，性能的提升归因于独特的分级结构，该结构促进了电解质的快速扩散并提高了过氧化氢选择性。本研究为设计集高效过氧化氢生产与直接应用为一体的先进电催化剂开辟了新途径。

超级电容器虽然具有高功率密度和长循环寿命等优点，但其低工作电压和低能量密度的缺点，极大限制了其在规模储能等领域中的应用。本文合成了一种新型电解质盐四甲基铵双氟磺酰亚胺盐（TMA-FSI），其在碳酸丙烯酯作溶剂的电解液中，表现出较宽的极化电位窗口。通过核磁共振谱、拉曼光谱表征和分子动力学模拟计算，发现TMA⁺尺寸小的性质使其拥有与溶剂分子更高的结合能，强溶剂化作用使TMA⁺能够吸引更多的碳酸丙烯酯分子形成溶剂化壳层，抑制碳酸丙烯酯分子在负极侧分解，从而拓宽电解液在负极侧的电化学稳定性窗口和耐压能力。在使用TMF电解质在3.0 V下电流密度为2 A·g^-1进行10000次循环后电容器的容量保持率仍有96.66%，验证了强溶剂化体系的高效动力学特性。