水系电池因其本征安全性，在大规模储能领域被视为替代有机体系的重要研究方向。其中，锌金属水系电池（ZnABs）凭借资源丰富、成本低廉和高理论容量，被认为最具应用潜力。然而，锌金属电池的发展始终受限于界面失衡问题，包括枝晶生长、析氢反应和表面钝化等。从电化学过程看，Zn2+在沉积中需经历扩散、脱溶剂化与界面成核步骤。当离子输运缺乏有效调控时，浓差极化与局部电场集中不可避免，诱发不均匀沉积和枝晶生长行为。更为关键的是，脱溶剂化过程中释放的活性水分子在电极界面聚集并解离，进一步加剧腐蚀与析氢反应。因此，ZnABs的不稳定源于界面溶剂化结构与离子流的协同失控。研究者们已开展大量探索，包括电解液优化、人工界面构建、电极结构设计以及隔膜功能化等。其中，隔膜位于离子传输路径的核心位置，理论上能够同时调控离子流与界面反应动力学，被视为具有潜力的策略。目前广泛使用的传统隔膜虽具备较高离子电导率，但存在孔径无序、结构厚重和界面调控能力不足等问题，难以有效抵抗枝晶穿刺。多种改性策略（如氟化处理、Janus结构、梯度设计及功能涂层）虽取得进展，但仍普遍面临厚度过大、能量密度受限及长期稳定性不足的瓶颈。例如，厚达

甲烷（CH4）是第二大温室气体，全球年积累量超过5.8亿吨。将CH₄高效可控地转化为乙醇（CH3CH2OH）等高附加值多碳（C2+）产物，不仅有助于缓解温室效应，还能为工业和能源存储提供有用化学品。由于CH4在常温条件下极化率低且稳定性高，目前其转化主要依赖高温重整制合成气的间接方法，再通过费托合成获得长链烷烃。然而，这种间接方法能耗高、二氧化碳（CO2）排放量大，且产物选择性有限。太阳能驱动的光催化是一种在温和条件下实现甲烷氧化反应（CH4OR）的潜在可持续方法。在光激发半导体催化剂/电极产生空穴后，氧化剂可生成活性氧物种（ROS，如·OH和·O2-）以活化CH4的惰性C-H键。但由于C-H键活化效率低，C1中间体（如·CH3和·CH2OH）的浓度远低于ROS浓度，因此CH4转化通常以C1产物（如CH3OH、CH3OOH、HCHO和HCOOH）的形成路径为主。通过调控ROS与C1中间体的比例可提高乙醇等C2+产物的选择性，但通常需要O2或过氧化氢（H2O2）等强氧化剂。若不添加强氧化剂，乙醇产率通常低于100 μmol·g-¹·h-¹。图1. (a)通过调节Zn-O-Fe(III)晶

近年来，水系电池因其本征安全性与环境适应性，被视为下一代大规模储能技术的重要方向。然而，提升其能量密度依然面临电极材料设计的核心挑战。复旦大学晁栋梁教授团队在此背景下，创新性地引入锰-硫电化学反应，构建了S/MnS||MnO2/Mn2+新型水系全电池体系，显著突破现有能量瓶颈。锰离子具备多价态氧化还原特性，理论上可实现高容量输出；而硫材料则因其低成本和高比容量优势，在水溶液中亦具有应用潜力。此外，在锰离子电池中，理想条件下生成的MnS的溶度积常数较低，可以避免碱金属-硫电池体系的穿梭问题.课题组以此为出发点，构建了基于锰离子与硫电极反应耦合的新体系。研究显示，该电池在硫极中经历S8至MnS的逐步转化路径，形成稳定的固相产物，避免了穿梭效应带来的副反应。图1. S/MnS||MnO2/Mn2+电池的设计思路。硫电极初始比容量高达1242 mAh g−1，远超目前所报道的锰离子电池电极。基于该反应构建的锰硫电池体系实现了396 Wh kg−1的能量密度，在高倍率下依然保持优异循环寿命（800次循环后性能良好）。相较于其它水系电池体系，在能量密度上也具有显著优势。这项成果标志着水系锰离子电池

H2O2作为绿色化学品，在造纸、水处理及化学氧化等领域需求日益增长，但其工业合成方法（蒽醌氧化法）存在成本高、工艺复杂及环境污染等问题。光催化两电子氧还原反应（2e⁻ ORR）为H2O2的可持续合成提供了新途径，但仍面临着以下挑战：（1）2e⁻ ORR路径与热力学更优的4e⁻ ORR路径存在竞争，导致H2O2选择性和活性受限；（2）传统光催化体系中水氧化反应动力学缓慢，限制反应的整体速率；（3）光催化剂稳定性差、电荷分离效率低等问题制约其实际应用。COFs材料因其高比表面积、优异的吸光能力和可调控的骨架结构在光催化H2O2合成中展现出潜力，但传统亚胺键连接的COFs稳定性差、电子离域能力弱。面对上述挑战，复旦大学先进材料实验室郑耿锋课题组通过氟化策略成功制备了三种烯烃连接的晶态三嗪共价有机框架（H-ol-COF、HF-ol-COF和F-ol-COF），利用F原子与其相邻烯烃键形成的p-π共轭在光照下诱导自旋极化，加速三重态激子的产生，激活O2转化为1O2，实现高达91%的H2O2选择性和高达12558 μmol g⁻¹ h⁻¹的稳定产率，同时耦合生物质5-羟甲基糠醛以95%的转化率高效

尿素作为农业和工业中广泛使用的化学品，全球年消耗量超过1.88亿吨。传统工业合成尿素依赖高能耗、高碳排放的Bosch-Meiser工艺，而电化学法利用NO3⁻和CO2在可再生能源驱动下合成尿素，被认为是实现碳中和的潜在策略。然而，现有催化剂（如Zn/Cu、Pd/Cu-Ni(OH)₂等）受限于碳氮（C–N）耦合效率低以及竞争性副反应（如NO3⁻直接还原为NH3）的干扰，导致尿素法拉第效率（FEurea）普遍低于50%，产率不足65 mmol·g⁻1·h⁻1。核心挑战在于如何调控中间产物的氢化路径以抑制副反应，同时促进C–N耦合。面对上述挑战，复旦大学先进材料实验室郑耿锋课题组开发了一种自旋极化的掺杂Co原子的原子有序PdCu金属间化合物（简称 PdCuCo），作为高效的尿素电合成催化剂。PdCuCo电催化剂具有优异的NO3−和CO2电合成尿素性能，法拉第效率高达81%，尿素产率达到227 mmol gcat.−1h−1以及大于260 h的显著电化学稳定性，这表明在C–N偶联过程中设计自旋极化催化位点具有极大的潜力。图 1：PdCu和PdCuCo催化剂在C–N偶联过程中*NO不同的加氢位置

水系硫电池（ASBs）因其高安全性、低成本和优异理论容量而受到广泛关注。在水的作用下，ASBs中的硫能够实现高效利用。然而，多硫化物的氧化还原过程（S0/S2-）常伴随较大的过电位和低能量效率，制约了其发展。目前，针对ASBs中S0/S2-反应的催化剂研究还处于初期阶段，尚缺乏有效策略来加速多硫化物向硫二负离子的转化。与此相比，传统有机电解液硫电池（OSBs）已成功应用了多种催化剂，且催化剂的作用不可或缺。因此，探索适合ASBs的催化剂显得迫在眉睫。ASBs和OSBs在化学环境上存在显著差异，这影响了OSB催化剂在水环境中的有效性。尽管元素硫在两者中均可还原为负二价，但溶剂和溶质盐的变化会显著影响硫的氧化还原机制。水环境中硫的反应机制尚不清晰，其存在形式也未完全理解。因此，深入研究水环境下的硫的氧化还原机制是设计高效ASBs催化剂的基础。图1 水系硫和有机硫电池之间的机理差异目前对水中硫演化过程的认识主要依赖于OSBs的经验，而水环境中的硫化物呈现出更复杂的存在形式，如水解反应等。这些差异对硫的热力学和动力学造成了重要影响。为了解析水系硫电池的反应机理，团队通过一系列谱学和电化学分析，

光催化二氧化碳还原制乙醇是实现碳中和的前瞻性策略，具有高原子利用率和可调控配位环境的原子级分散的铜基催化剂在这一领域得到了广泛关注。但由于高温制备过程中铜原子的易团聚特性，目前报道的用于光催化二氧化碳还原制备乙醇的原子级分散的铜基催化剂中铜的负载量通常3 wt%，制约了活性位点密度的提高。此外，在二氧化碳还原反应中，与乙醇路径共用同一中间体的乙烯路径在热力学上更有优势。突破原子级分散的铜基催化剂低负载量限制并抑制乙烯竞争路径，成为提升原子级分散的铜基催化剂光催化二氧化碳还原制乙醇的关键。针对上述问题，复旦大学先进材料实验室郑耿锋课题组报道了一种“预锁定-纳米限域聚合”策略制备的超高密度铜基多原子催化剂，构建的低配位的三角形Cu3活性中心突破了CO2光催化还原制乙醇的瓶颈。具有Cu(I)/Cu(II)混合价态的三角形Cu3构型可协同实现CO2高效化学吸附活化，可见光吸收范围拓展以及高密度光生电子富集，诱导桥位吸附CO与顶位吸附CO的不对称C-C偶联，促进优先形成*CHCHOH中间体定向合成乙醇，有效地抑制了乙烯生成的热力学竞争路径。该催化剂在纯水中，模拟太阳光下实现117 μmol·g-

水系液流电池是颇具前景的大规模储能技术。目前商业化应用以水系钒基液流电池（VRFB）为主，具有长寿命（10-20年）和高能量效率（80%）优势，但受限于高成本（400-500 $/kWh）、低能量密度（25 Wh/L）及钒盐溶解度限制（2 M）。水系硫基液流电池（SRFB）凭借硫的低廉成本（约0.15 $/kAh）和多硫化物的高溶解度（理论可达8.8 M），理论成本优势显著（可低至38.7V $/kWh）。尽管硫-溴体系早在1984年已被提出，但相比VRFB的快速推进，SRFB的研究仍处于相对早期阶段，主要受循环寿命短和能量效率低等问题的制约。因此，复旦大学先进材料实验室赵东元/晁栋梁课题组基于工程角度，系统总结了SRFB走向商业化面临的主要挑战，并提出了一些有望实现SRFB商业化的工程策略，为SRFB的实用化提供了新思路。SRFB走向商业化主要面临三大挑战1） 循环寿命短：普遍低于200次循环。主要源于可溶性多硫化物易穿过隔膜到达对电极，引发活性物质流失，并对电极/电解液造成降解。2） 能量效率低：通常低于50%。核心原因是硫还原反应/硫氧化反应动力学缓慢，即使在有限的电流密度（10