电化学储能是有效存储风能、太阳能等间歇可再生能源为数不多手段之一。相较于其它固电池，氧化还原液流电池（Redox Flow Batteries， RFBs）具有安全高和功率容量可自由扩展等优点然而，其能量密度和功率密度低氧化还原电对成分和膜成本高极大限制了全钒液流电池商业化进展。理论上可过三种途径提高液流电池性能，以实现大规模化应用。第，使用更高能量密度电解质，可通过增加氧化还原电对浓度，储存多个电子或提高电池电压来实现第二，选取高动力学反应电对提高电池输出电压，改进电池设计和使用低阻抗膜，从而提高电池的输出功率。第三，降低氧化还原电对组分或膜的成本

为实现上述目标必须设计新的电池反应和电池装置在本篇综述中，作比较了具有应用前景的电池反应，如全液体、浆液或由液体气体和固相结合的混合物。基于能量密度功率密度和成本探讨优氧化还原电对体系亦探讨了溶剂和无机或有机氧化还原电对的选择对电池能的影响

本篇文章从（1）液流电池操作原理；（2）技术标准；（3）基本概念，如全液体，气体/液体，半固，泥浆，氧化还原介质；（4）溶剂包括水溶液和非水溶液；（5）氧化还原活性中心，包括金属和非金属；（6）电池化学成分；（7）重要的氧化还原反应；（8）结论：理想的液流电池是么？这八个方面对氧化还原液流电池进行了全面的综述。

在同个硅衬底上集成锂离子电池和电子器件可以大幅减小微系统的尺寸为防止锂离子经由衬底扩散到电子器件中，必须在锂离子电池与衬底间插入层势垒层。本文过电化学表征与X射线光电子能谱（XPS）等术研究了热生长二氧化硅薄膜作为势垒层的能。因为热生长二氧化硅与电解液发生的副反应非常微弱，所以在势垒层表面形成的固体电解质界面膜（SEI）非常薄，进步研究表明：该层SEI膜的主要成分是碳氢化合物，并包含了少量的PEO、Li_xPO_yF_z和Li₂CO₃。虽然8 nm厚的二氧化硅薄膜能够有效防止硅衬底与锂离子发生反应，但二氧化硅薄膜在电化学循环过程中会与电解液发生不可的反应并成二氧化硅转化成锂硅酸盐这会降低势垒层对电解液的阻挡能力，并导致衬底与势垒层界面附近形成F-Si-Li和溶剂分解物（碳氢化合物和PEO）此外，研究还发现二氧化硅与电解液的反应动力学随二氧化硅薄膜厚度的增加显著下降，当二氧化硅薄膜增至30 nm时，二氧化硅体内质量完好无损，未与电解液发生任何反应。因此，厚度合的热生长二氧化硅薄膜能够有效充当集成锂离子电池中的势垒层

对原生石墨烯的杂原子掺杂是一种获取新的催化特性的有效途径，这种方法有望开辟石墨烯在能量转换与存储设备中的新的应用潜力。例如，氮掺杂石墨烯在许多电化学系统中就展现出非常优异的性能，包括氧还原反应以及最新的葡萄糖氧化反应。氮掺杂石墨烯对双氧水（{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2）的高度敏感性使得高灵敏度和快速响应的酶生物传感器的开发成为可能。然而，这里面存在的一个有待阐明的问题是，提高对葡萄糖检测的阳极响应是否可以促进酶生物燃料电池整体性能的提升。因此，这里我们首先通过无催化剂的单步热处理法合成氮掺杂石墨烯，然后将其作为生物催化剂载体用于无膜酶生物燃料电池，以探究其在改变电池性能特性方面所起到的作用。研究结果表明，石墨烯结构中的电子受体氮位点可以有效强化介体（氧化还原聚合物）、酶氧化还原活性位点以及电极表面之间的电子传输效率。此外，当生物阳极采用高掺杂度的氮掺杂石墨烯进行修饰时，无膜酶生物燃料电池的输出功率和电流密度达到最好性能。

太阳能热电发电系统（STEG）可以利用聚集的太阳光发电。由光学聚光器引起的太阳辐照分布的非均匀性可能会影响太阳能热电发电系统的性能。本文建立了太阳能热电发电系统的三维有限元模型，采用二维高斯分布模拟聚集到太阳能热电发电系统的太阳光的非均匀分布特性。在保持总入射太阳能不变的同时，研究了6种具有不同非均匀度的太阳辐照分布，讨论了非均匀太阳辐照分布对太阳能热电发电系统温度分布、电压分布和最大输出功率的影响。还比较了具有32、18和8对热电引脚的三种不同热电发电器件在非均匀太阳辐照分布下的性能。结果表明：太阳辐照的非均匀度对太阳能热电发电系统的温度分布和电压分布影响很大；与边缘区域热电引脚相比，中间区域的热电引脚有着更大的温差和产生更大的电压；不均匀的太阳辐照分布会削弱太阳能热电发电系统的性能，在本文研究的不均匀性范围内系统最大输出功率下降了1.4%；此外，减少用于非均匀太阳辐照分布下的热电发电器件的引脚数量可以极大的提高太阳能热电发电系统的性能。

本工作通过两步合成法制备了WO₃颗粒修饰的TiO₂纳米管阵列光电极。首先通过电化学氧化法制备得到TiO₂纳米管阵列，接着通过改变电沉积氧化钨的时长（1，2，3，5和20 min），以此提高光电极的光电催化性能及产氢量。本工作运用了多种表征方式。通过能量色散X射线光谱仪（EDX）确认W元素存在于改性的TiO₂纳米管阵列。场发射扫描电镜（FESEM）和高分辨透射电镜（HRTEM）证实在较短的电沉积条件下，氧化钨以微小颗粒的形貌堆积于纳米管表面，而当电沉积时间较长时，氧化钨颗粒聚集形成大颗粒并堵塞纳米管。此外，由紫外-可见漫反射光谱可以证实，经WO₃修饰后，光电极的吸收带边出现红移，这表明光电极的禁带宽度减小。因此，经修饰的TiO₂纳米管阵列可以更加有效的吸收太阳能，因而更加高效的制备氢气。根据实验数据可知，电沉积2 min的光电极性能最佳，其产氢效率较纯TiO₂纳米管阵列提高了30%。

作为一大类新兴的多功能材料，液态金属在热管理技术领域诸多方面均展现出优异的性能和巨大的应用前景，比如液态金属热界面材料、液态金属热展开器、液态金属对流冷却以及低熔点金属相变储能与热控技术等。为了指导下一代新型液态金属冷却技术的开发，以应对更加极端和复杂的冷却需求，这里，我们提出了液态金属组合传热学的概念。通过对典型的热管理技术的抽象划分和归纳总结，我们提炼出了一种构筑基于液态金属的复合式热管理技术的一般方法和原则，并就其中涉及到的关键科学问题和技术难点做了阐述。具体而言，可以将热管理系统抽象划分为五个环节，液态金属热管理技术可以根据应用场合的不同而在其中的一些主要环节中发挥关键性作用，从而实现与传统热管理技术的优势互补、取长补短，实现高性能高性价比的热管理技术方案。本文提出的液态金属组合传热学理念可望在构建新型复杂热管理系统和应对超常规极端冷却需求方面提供最基本的指导思路。

当前，液态金属-水混合流在一系列新兴领域展现出广阔的应用前景，例如芯片冷却，软体机器，生物医学等。然而，两种流体在密度，热导率，电导率，氧化性等物理化学性质方面存在巨大的差别，这些差异对于分析混合流体的流体力学特性提出了巨大的挑战。此外，浸没于溶液中的液态金属能够在电场，磁场和化学场等非接触力作用下持续运动和变形，这显然与传统的接触力驱动流体运动不同。同时，液态金属大尺度变形会导致液态金属-水边界的剧烈变化。但是，迄今为止液态金属在水溶液中的运动和变形机理缺乏明确的数学和物理模型来描述。为了推动这个重要领域的发展，本文从实验现象，理论分析和数值模拟三个方面，对液态金属-水混合流的非传统流体力学特性进行综述分析。首先，本文总结了几种典型的液态金属运动和变形奇特现象；其次，从流体力学和化学反应的角度理论解释其流体力学特性；最后，提出了几种用来追踪两相界面的数值模拟方法。通过对液态金属的流体力学特性进行定量描述，奠定了实现液态金属大尺度可逆变形和运动的理论基础，我们便可精确调节液态金属的表面张力，让液态金属拥有更加复杂的运动变形能力。

提出了一种潮汐能驱动的反渗透(RO)海水淡化系统。潮汐能通过水力涡轮产生的机械能直接驱动RO装置。本文将常规RO系统和潮汐能RO系统的技术性能及其淡水生产成本进行了比较。研究发现，与常规RO系统相比，本文提出的潮汐能RO系统可节约淡水生产成本31.0%-41.7%。.存在一个最佳的进水压力使得成本最低。在高进料压力或高回收率的情况下，潮汐系统RO系统可节省更多成本。潮汐能RO系统的最佳进水压力比常规RO系统要高.越耐用的潮汐能RO系统，也越节省产水成本。系统可以节省更多的水的成本。当场地设施成本率低于40%时，潮汐系统RO系统产水的成本开始低于常规RO系统。本文提出的技术方案未来有望成为一种有效的海水淡化选择方案

核聚变能被认为是终极能源。核聚变能不像化石燃料那样导致气候变化。与非常规能源中可再生能源相比，核聚变能原料资源丰富、释放能量巨大。与非常规能源中核裂变能相比，核聚变能安全性更高。为和平利用核聚变能，人类在过去几十年内开展了持续的研究。目前，实现可控核聚变的约束方法主要有惯性约束和磁约束两种。本文简要回顾了磁约束核聚变，侧重了不同磁约束系统以及磁约束核聚变对超导磁体材料及第一壁材料的挑战。在JET、TFTR、JT-60 和EAST等聚变装置开展的相关试验已经证实了磁约束核聚变的科学可行性，并在此基础上开始建设国际热核聚变实验堆（ITER）。当前，实现可控磁约束核聚变这一终极能源的研究正在稳步进行，建设磁约束核聚变示范堆（DEMO）和商业聚变能电站的蓝图已经确定。

This paper contributes an inclusive review of scientific studies in the field of sustainable human building ecosystems (SHBEs). Reducing energy consumption by making buildings more energy efficient has been touted as an easily attainable approach to promoting carbon-neutral energy societies. Yet, despite significant progress in research and technology development, for new buildings, as energy codes are getting more stringent, more and more technologies, e.g., LED lighting, VRF systems, smart plugs, occupancy-based controls, are used. Nevertheless, the adoption of energy efficient measures in buildings is still limited in the larger context of the developing countries and middle income/low-income population. The objective of Sustainable Human Building Ecosystem Research Coordination Network (SHBE-RCN) is to expand synergistic investigative podium in order to subdue barriers in engineering, architectural design, social and economic perspectives that hinder wider application, adoption and subsequent performance of sustainable building solutions by recognizing the essential role of human behaviors within building-scale ecosystems. Expected long-term outcomes of SHBE-RCN are collaborative ideas for transformative technologies, designs and methods of adoption for future design, construction and operation of sustainable buildings.