开发经济高效的氧还原反应（ORR）催化剂是一项重大挑战，尤其是在寻找铂等贵金属替代材料的研究中。近年来的显著进展推动电化学研究者利用储量丰富的材料开发高效ORR催化剂，其中铁（Fe）基材料因其优异的ORR催化性能而备受关注。尽管学界已认识到Fe在提升ORR催化活性中的关键作用，但材料属性与催化性能之间的关联仍尚不明确。对于设计无贵金属ORR电催化剂而言，理解氧电催化过程中的动态变化至关重要。穆斯堡尔谱（Mössbauer spectroscopy）在解析催化体系中Fe物种的结构特征方面具有独特优势，能够助力识别活性位点、阐明催化机理。本文通过综述领域内的典型研究案例，阐明了原位/工况57Fe 穆斯堡尔谱在各类铁基 ORR 催化材料中的应用，重点揭示了ORR催化的多个核心方面（如活性位点识别、稳定性评估、反应机理理解）。此外，本文还探讨了穆斯堡尔谱技术在该研究领域中的应用机遇与挑战，旨在揭示这一关键研究方向的潜在突破点与改进方向。
溶剂化离子交换膜近年来作为电化学能源转换与存储装置的核心组件，已获得学界广泛关注。本文从基质结构分类角度，系统梳理了离子交换膜的结构组成、性能优势、研究进展、离子传导机制及现存问题，并深入解析了性能优化方法、关键性能指标及影响因素。该研究为优化离子交换膜的设计应用提供理论支撑，为未来水电解制氢、电化学储能等领域的技术发展注入新动能。
水系钠离子电池因其较高的安全性而在水系电池领域备受关注。然而，水基电解液的特性降低了负极材料工作电位以及电化学稳定性，进而阻碍了水系钠离子电池的大规模应用。钛酸亚磷酸盐（NaTi2(PO4)3，NTP）因其出色的电化学性能和可调的结构，被认为是最具实用化前景的用于水系钠离子电池的负极极材料之一。近年来，围绕NTP的研究取得了显著进展，但关于其研究现状和未来发展方向的综述仍然缺乏。在此背景下，本文首先介绍了NTP的基本特性，并深入分析了其实际应用所面临的挑战。随后，全面概述了提升NTP电化学性能的改性策略。最后，基于当前的研究状况和实际需求，提出了推动实现水系钠离子电池实际应用的建议和展望。本综述旨在为未来研究提供方向指引，推动从基础材料创新逐步过渡到工业应用，进而加速水系钠离子电池的大规模商业化进程。
质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种有前景的能量转换装置，但其大规模商业应用受制于高昂的成本和较低的性能。PEMFC的性能主要受限于阴极氧还原反应（ORR）的动力学。铂是对氧还原反应催化活性最高的单金属，但是其性能仍难以满足商业化应用。前期研究表明，铂镍八面体纳米粒子（oct-PtNi-NPs）在半电池中具有优异的ORR活性，但其在膜电极组件（MEA）中的性能报道较少。本论文研究了碳载铂镍八面体纳米粒子（oct-PtNi/C）作为阴极催化剂的膜电极组件性能。研究结果表明，温和的酸洗条件可溶解oct-PtNi/C表面不稳定的镍原子，得到PNC-A催化剂；以PNC-A催化剂为阴极催化剂的MEA性能得到提高：当阴极铂负载量为0.2 mg∙cm-2时，MEA的最大功率密度达到1.0 W∙cm-2，比使用商用Pt/C作为催化剂时高15%；经30,000圈加速老化实验后，使用PNC-A催化剂的MEA的性能保持率为82%，高于Pt/C（74%）。本论文研究了使用PNC-A催化剂作为PEMFC阴极催化剂的可能性，并发现该催化剂提高了PEMFC的性能，同时降低了贵金属铂的用量。
全钒液流电池的活性物质存在于电解质中，电极不参与反应，但电极是VO2+/VO2+ 和V2+/V3+活性物质吸附，进行电子传递与离子转换的有效场所。促进VO2+/VO2+和V2+/V3+反应的缓慢电荷转移特性是目前全钒液流电池电极材料研究工作的瓶颈，这主要是由于电极催化性能差以及催化剂与电极的附着力弱造成的。针对课题研究进展及以上关键科学问题，本文对当前全钒液流电池用电极材料的设计与制备方法进行了综述。首先，综述了全钒液流电池的发展历史、工作原理、应用现状以及具有的优缺点；其次，就全钒液流电池在国内外的研究现状，以及发展至今存在的问题进行了归纳分析；再次总结了全钒液流电池电极材料的分类，详述了各类电极的优缺点；最后，梳理了碳基电极材料的制备及在全钒液流电池中的应用，为未来构筑高效双功能催化剂提供借鉴和实现高效、稳定的全钒液流电池提供方法和基础。
孔间距为几百纳米的阳极氧化铝多孔膜因其与可见光和近红外光的独特相互作用以及高达1500 °C的高热稳定性而备受关注。这些多孔膜是在弱酸中以高电压对铝进行阳极氧化制备的，这导致多孔结构形成的初始阶段动力学较慢。在此，我们提出了一种在基于弱酸（如磷酸）的电解质中加速阳极氧化铝形成的方法。使用铝箔作为基材，铝箔在不同条件下通过第一次阳极氧化预先形成图案，然后选择性溶解牺牲阳极氧化铝层。铝表面的形貌，包括表面粗糙度和金字塔尖峰的高度，在第二次阳极氧化过程中的孔成核和重排过程中起着至关重要的作用。具体而言，通过在低电压（如25 V）下强酸电解液（如0.3 mol·L-1硫酸）中进行首次阳极氧化，可以使在磷酸中进行第二次阳极氧化时孔隙成核和随后达到稳态的速度加倍。因此，如果在第一次阳极氧化过程中使用强酸电解液对铝表面进行预图案化，则在磷酸中的两步阳极氧化过程中可以节省约2小时。
在丝网印刷金电极上研究了鲁米诺的电化学发光，用于简单而灵敏地检测砷离子（砷(III)）。采用循环伏安法研究了鲁米诺的电化学行为，并评估了砷离子对电化学发光体系的影响；同时以过氧化氢作为共反应物，在碱性条件下增强了鲁米诺发光效率。通过精细优化pH值、扫描速率及过氧化氢/鲁米诺浓度等关键参数，实现了电极性能最优化。结果表明，砷(III)的存在对鲁米诺/过氧化氢电化学发光系统产生淬灭效应，导致该系统在1 nmol·L-1至150 µmol·L-1的宽浓度范围内电化学发光信号呈线性衰减，展现出1.21 nmol·L-1的低检测限，并具有2.27%相对标准偏差的优异重复性，彰显其在砷(III)检测中的灵敏度与可靠性。本研究的关键优势在于成功采用市售裸电极——这类电极易于获取且无需改性，充分验证了其在电化学发光砷检测中的有效性。优化后的pH 10缓冲液在提升砷检测选择性方面发挥关键作用：该条件既促进鲁米诺最佳去质子化反应，又确保砷保持溶解态，而其他潜在金属离子干扰物则更易形成固态金属（氢）氧化物。此外，本文研发的传感器还成功应用于海水基质中的砷(III)检测，证明其作为基于电化学发光技术的砷传感器在环境应用中具有可靠且高效的潜力。
再布线层由多层的介电材料和电镀铜材料构成，是晶圆级先进封装中用于重新布局芯片表面引脚的基本结构。作为电解液中最关键的化学成分，电镀铜添加剂正在快速发展迭代，以满足工业界对高速沉积和细线宽、窄线距的应用需求。然而，探究电镀添加剂的分子结构与电镀铜材料性能之间复杂的构效关系仍然是一项重要挑战。本研究对比考察了一组三苯甲烷类染料分子结晶紫和甲基绿作为整平剂在高速再布线层电镀中的应用效果和作用机制。结果表明，甲基绿相比结晶紫分子在仅增加一个季铵化的端基的条件下，即可显著增强分子的电化学极化并实现镀层形貌平整。结合量子化学计算、电化学原位光谱及微观结构分析表征，我们发现甲基绿具有更强的静电吸附、更高的表面覆盖以及明显的多添加剂协同，从而实现对电镀铜线路形貌的精确调平。本研究阐明了三苯甲烷衍生物整平剂体系的吸附机制及筛选依据，并提出了适用于高速电镀铜应用的添加剂备选结构。
