氢能是一种清洁、环保的可再生资源，以其具有较高的燃烧热值和燃烧产物为水等特点而成为取代传统化石燃料的最佳选择，采用绿色清洁的电解水制取氢气成为科研人员关注热点。传统碱性电解水技术中催化剂层多以催化剂浆液滴涂并与粘合剂粘连在电极表面，对三相界面的扩散造成一定的影响，然而，自支撑导电基底可以避免上述问题，活性层与导电基底无缝接触实现了快速的电荷转移，从而提供了高活性电解水催化剂的集成式合成策略。从工业级大电流水电解三相反应界面构筑角度出发，归纳了近年来制备自支撑纳米催化材料的研究进展，并探讨了自支撑纳米催化剂在电解水领域的应用，并对未来制备自支撑电解水催化剂的集成化与工业化进行了展望。

本文通过DSC分析和塔曼图确定了84. 4 wt% C14～15. 6 wt% C18 的石蜡基共熔物相变材料，通过吸附法将共熔物复合到微波膨化法制备的膨胀石墨材料中，制得了C14～C18 /EG 高热导率复合相变材料。结构和热性能测试结果表明: C14～C18 /EG 复合相变材料的熔融焓与膨胀石墨的压缩密度成反比，热导率与膨胀石墨的压缩密度成正比。选取相变焓和热导率均相对较高的E300 复合材料进行了循环实验，结果表明，经过100次循环后复合材料的结构与热特性均未发生明显变化，具有良好的循环热稳定性和循环结构稳定性。石蜡基共熔复合PCM在低温储存领域具有良好的应用潜力。

硅基阳极材料具有超高的理论比容量，是替代石墨类材料、提高锂离子电池能量密度的有效途径。但与石墨类材料相比，硅基阳极材料在首次嵌锂过程中，会大量消耗来自正极的锂离子，造成活性锂损失，形成较大的初始不可逆容量，影响材料的首次库伦效率，严重降低了锂离子电池的能量密度。预锂化技术，通过使电极材料接触额外的锂源，可以补偿锂离子电池在首次循环过程中造成的活性锂损失，是目前提高锂离子电池首次库伦效率的最有效手段，可使锂离子电池获得更高的能量密度和更好的循环性能。对当前主要的预锂化手段进行了概述，总结了各种预锂化技术的优缺点，并提出预锂化技术未来面临的挑战，为预锂化策略的实际性应用提供方向。

氢能是一种具有高能量密度的清洁能源，如何有效的开发绿氢技术是当前社会首要解决的问题，而研发高效稳定的电解水产氢技术的电催化剂是一种可行性的方式，对促进氢能经济的发展具有重要的意义。通过水热-高温热解两步法合成了一种氮化铬支撑镍纳米颗粒的催化剂(Ni/CrN)。利用XRD、XPS、SEM以及TEM等测试手段对催化剂的形貌及结构进行表征，并在碱性环境下对催化剂进行电催化析氢性能的研究。结果表明，Ni/CrN形成了具有珊瑚状的微观结构，优化了电子结构，并且表现出了优异的析氢反应(HER)催化性能，在 10 mA/cm²的电流密度下，Ni/CrN催化剂仅有66 mV的过电位和47 mV/dec的 Tafel斜率，十分接近商业的Pt/C催化剂的析氢性能。

以葡萄糖和尿素为原料，通过高温聚合的方法制备出无定形碳/g-C₃N₄复合材料。其中无定型碳是以复合的形式和 g-C₃N₄进行结合，无定形碳的引入不仅拓宽了对可见光的吸收范围，还促进了光生载流子的有效分离。可见光催化降解四环素结果表明: 0. 05% C/g-C₃N₄呈现出最好的光催化效果，其可见光催化降解四环素反应速率为 0.05946 min^-1，是 g-C₃N₄的5倍。该工作为新型复合材料的开发和应用提供了一种的新思路。

本文通过简单的三步法制备了Cu-Ag纳米阵列催化剂，该催化剂用于电催化还原二氧化碳时，表现出较高的催化活性提升。相较于未经银修饰的原始Cu纳米阵列催化剂，Cu-Ag催化剂对于C₂₊产物的选择性明显增强，同时还抑制了析氢。通过物性表征和电化学实验分析，Cu-Ag 催化剂性能的提升归因于该催化剂中Cu、Ag的协同催化作用。此外，Cu-Ag催化剂的纳米阵列结构增大了电极材料的比表面积，提供了更多的反应活性位点，促进了反应界面处的电子转移。本文的研究结果为今后铜基催化剂的修饰改性提供了参考。

多相催化剂常以过渡金属为活性中心，当催化活性位点呈原子级分散时，金属利用率达到最高，故具有优异的催化性能。然而，铂族金属和惰性氧化物的结合较弱，所以在 Al₂O₃和SiO₂之类的载体上，铂很难被分散成单原子的形式。使用简单的溶胶-凝胶法，在惰性氧化物中掺杂铁元素可显著增强铂与载体之间的共价相互作用，从而制得单原子铂催化剂。在苯乙炔选择性加氢生成苯乙烯的反应中，0.2 wt% PtFe₅₀ /Al₂O₃-SiO₂单原子催化剂具有良好的选择性，其反应速率是0.2 wt% Pt /Al₂O₃-SiO₂纳米颗粒催化剂的1.4倍。该单原子催化剂还在循环测试中表现出高稳定性，证明了载体的掺杂改性是一种将活性金属分散在惰性氧化物上，得到高活性和高稳定性的单原子催化剂的有效策略。