生物质是指储存化学能和太阳能的植物或动物材料，传统上被广泛应用于产热和各种工业过程。生物质中含有大量的氢元素，是制氢的极好原材料。因此，生物质是发电或制氢的可持续来源。虽然生物质发电厂和生物质转化厂已经商业化，但如何开发更有效、更经济的技术来进一步提高生物质转化效率和减少这些电厂对环境的影响，仍然是一项艰巨的挑战。利用生物质液体燃料电池技术将生物质直接转化为电能和在低温下通过电解将生物质转化为氢气的技术是近年来人们关注的两个新兴的研究领域。本文首先简要介绍了生物质转化为电能和氢能的传统技术，然后详细介绍了生物质液体燃料电池（FBFC）和生物质电解制氢（BEHP）的最新研究进展，并讨论了这两个领域进一步发展将面临的挑战。
由于电转氢（power to hydrogen, P2H）技术工艺成熟，灵活性高，目前其工程验证项目较多，有效的技术数据和经济数据来源广泛，因此电转氢可以有效地解决可再生能源供给与市场需求之间的不平衡问题。利用现行的天然气管网对氢气运输并在运输终端生产高纯度的氢气产品是一种可行的方案。本文通过全面地分析电制氢的研究现状，指出现行技术难点和寻找技术突破点并提供有效的解决方案，同时也提出未来电转氢方向基础研究和工业示范的发展契机。现有研究结果表明，在天然气管道中添加10%左右的氢气对于天然气管道安全、寿命和用户设备的影响较小，甚至可以忽略不计，从而适当地延长已有的天然气管道的资产价值。在产业链下游通过膜、吸附或其他有效的技术来对富氢天然气（HENG）进行分离是获得高纯氢气的有效方法，其关键在于对高选择性的分离技术和高氢容量的新材料的研发。另外，文中指出膜-吸附耦合工艺从HENG中制高纯氢，电化学分离氢（氢泵）的规模化、可行性和能耗分析研究是重要的发展方向，而低温冷冻分离技术在液化天然气（LNG）为主要产品时才具有一定的可行性。本文还讨论了其他相关技术和操作难点以及发展机遇，如水源的重要性、副产物（氧气）的利用和技术本身对于环境的影响等。本文对于促进读者对电转氢技术的理解和氢能经济的发展具有重要的指导意义。
叔胺水溶液具有吸收力强、反应热低、腐蚀性低等特点，作为一种二氧化碳（CO2）吸收剂，其应用前景良好。然而，由于叔胺吸收CO2的速率过慢，不适用于大规模实际应用。本文对一些不同特性的纳米多孔碳材料促进剂（NCP）进行了合成和表征，并将其作为N,N-二乙基乙醇胺（DEEA）水溶液吸收CO2的加速剂。通过采用超声技术将NCP注入到3 mol·L–1的DEEA水溶液中，制备得 到了DEEA-NCP纳米流体。结果表明，在与乙二胺（EDA）、聚乙烯亚胺（PEI）发生官能化反应的微孔（GC）碳材料和介孔（GS）碳材料结构中，GC-EDA促进剂的性能最佳。对比DEEAGC-EDA纳米流体与典型的DEEA水溶液得出，GC-EDA促进剂在40℃时的CO2吸收率为36.8~50.7 kPa·min–1，提高了38.6%，平衡CO2吸收率为每摩尔DEEA中CO2的含量为0.69~0.78 mol（15 kPa; 40 ℃），提高了13.2%。此外，本文测定了DEEA-GC-EDA纳米流体的可再利用性，同时还提出了循环利用的方法。本文得出结论：在叔胺中加入NCP-GC-EDA促进剂可以提高CO2吸收率，同时还有利于实现叔胺的大规模使用，其前景广阔。
在本文中，我们利用了高光谱高分辨率光致发光映射技术，这是一个强大的工具，可用于选择和优化在Cu(Inx,Ga1-x)Se2（CIGS）模块上对子电池进行图案化互连的激光烧蚀工艺。通过这种方式，我们可以完成对消融区域附近材料降解的深度监测以及对潜在机制的识别。具体而言，通过分析在CIGS沉积之前烧蚀的标准P1图案线，我们发现了沿着下部的钼槽边缘的异常发射猝灭效应。通过扫描电子显微镜（SEM）比较了P1边缘的横截面的形貌，我们进一步合理化产生这种效应的起因，但无法用厚度变化解释光发射的减少。我们还研究了激光诱导对CIGS沉积后的P1图案线带来的损伤。然后，我们首次记录了短距离损坏区域，该区域与在激光路径上应用的光学孔径无关。我们的发现能更好地理解P1引起的功率损耗，并为改进与行业相关的模块互连方案提供了新的见解。
本文引入了一种创新的基于离聚物的多层封装胶膜用以代替传统双层玻璃光伏组件的封装材料。利用该封装胶膜，在不需要额外的边缘密封的情况下就能防止水汽渗透。本文分析了这种封装胶膜及其原料——聚（乙烯-共丙烯酸）和离聚物——在不同气候条件下的自发吸湿和解吸。相对空气湿度是这些逆过程的热力学驱动力，并决定了其平衡含水率（equilibrium moisture content, EMC）。空气湿度越大，EMC也越大。被吸收的水分子的均质化是一个扩散控制过程，其中温度起主要作用。然而，其在较高温度下扩散系数仍相对较低。我们认为，当光伏组件在正常气候条件下使用时，基于离聚物的封装胶膜可'呼吸'水汽，即在白天相对湿度较高时，它会'吸入'（吸收）水分并将其限制在组件的外边缘内，而在夜晚相对湿度较低时，它则会'呼出'（解吸）水分。通过这种方式，封装胶膜可以保护电池免受水汽的侵入。
我国能源以煤为主，发电是煤炭消费第一大户。针对煤电大气污染物排放带来的严峻生态环境问题，本文开展了清洁煤电近零排放技术研究与工程实践，评估了近零排放机组长周期运行状态，并探究了重金属汞协同和专门控制技术。结果表明，提出的近零排放技术路线煤质适应性强，应用到全国101台燃煤机组，大气污染物烟尘、SO2、NOx排放浓度低于燃气发电排放限值，长周期运行时排放浓度小时均值达标率超过99%，发电成本增加约0.01 元·(kW·h)–1。污染物总排放量降低约90%，有效改善了环境空气质量。近零排放机组汞排放浓度为0.51~2.89 μg·m–3，投运改性飞灰（MFA）专门脱汞系统，汞排放浓度可低至0.29 μg·m–3， 相同脱除效果下运行成本仅为国际主流活性炭脱汞的10%~15%。通过50 000 m3·h–1燃煤烟气中试平台研究，掌握了多污染物脱除过程中相互影响规律，形成了排放达到不同浓度限值的解决方案；结合示范应用，提出并实现了新的近零排放煤电'1123'生态环保排放限值，即烟尘、SO2、NOx和汞及其化合物排放浓度分别不高于1 mg·m–3、10 mg·m–3、20 mg·m–3和3 μg∙m–3，为'提高污染排放标准'提供了工程技术支撑。
中国过去的经济增长在很大程度上依赖于化石燃料消费，因此造成了严重的空气污染问题。解决经济增长与污染改善之间的矛盾已成为我国发展生态文明的关键。本文分析了我国近30年来大气污染治理的历程，指明了从排放控制到质量管理这一战略转变的重要意义。'十一五'期间，二氧化硫（SO2）排放总量控制遏制了中国酸雨问题日益恶化的态势。2013年以来，我国制定了以降低细颗粒物（PM2.5）浓度为大气污染治理的主要目标，开展了针对多个行业、多种大气污染物的综合治理行动，标志着中国向以空气质量为导向的战略转变。针对目前日益加剧的臭氧（O3）污染，急需科学厘清PM2.5和O3污染控制之间复杂的相互作用关系，实施有效的污染协同控制策略。作为成功建设生态文明的关键性指标，中国空气质量的根本改善要求今后中国能源系统深度降碳，并且能够寻求更多的协同途径，从而同时改善空气质量和应对气候变化。
可用于水净化、碳捕集、生物燃料生产、燃料电池运行以及节能工业分离操作的可持续化工过程亟待发展下一代膜材料。膜的无溶剂制备不仅消除了有机溶剂的潜在环境问题，而且解决了脆弱聚合物基材的膨胀问题。此外，采用无溶剂气相沉积方法可以减少合成微孔材料[如金属有机骨架（MOF）]所需的活化步骤。本文综述了几种真空沉积工艺，包括引发式化学气相沉积（iCVD）、引发式等离子体增强化学气相沉积（iPECVD）、无溶剂气相沉积原位聚合（SLIP）、原子层沉积（ALD） 和分子层沉积（MLD）。这些无溶剂气相沉积方法在制备薄膜复合膜结构中的超薄选择层方面极具优势，而且能够保形地修饰纳米级孔道并精确调节孔径和孔内官能团。所制备的膜在气体分离、 纳滤、海水淡化和水/油分离等方面表现出颇具应用潜力的性能。因此，开发新型膜材料、放大可用于无溶剂气相沉积的高通量反应器将对化学工业产生巨大影响。
世界各地城市高层建筑的蓬勃发展使人们对其抗风性能提出了新要求。这涉及选择建筑外形使其风荷载最小化和有效传递荷载的结构拓扑形式。现行方法通常是在设计中寻找最优外形，但是会将其限定在静态或固定的建筑形式下。以台北101和哈利法塔的外形设计为例，气动外形修正通过修改建筑物的外观设计在减小风荷载和风致建筑物响应方面有很好的应用前景。在这些建筑物设计中，引入了横截面的倒角调整和锥度设计。除此之外，另一种引人注目的方案是设计一个能适应城市高楼林立复杂风环境变化的建筑，即设计动态立面。建筑形状的自主动态变形超越了传统静态形状优化设计，通过将传感、计算、传动装置和工程信息学融合在一起的信息物理系统而实现，并在本研究中进行了论证。新提出的方法将使建筑物能够智能地改变其轮廓，最大限度减弱动态风荷载激励，并有望通过利用计算设计的迅速发展，推动高层建筑设计从传统的静态立面转变为动态立面。
水触发材料因其操作简单、驱动柔和、成本低廉、环境友好等诸多优点受到越来越多的关注。但是，大多数此类材料通常具有较长的反应时间，并且需要严格的保存条件，这限制了它们在实践中的适应性。本研究提出并证明了一种基于Al-NaOH复合共晶镓-铟（eGaIn）合金的新型水触发材料，该材料具有快速响应性和可变形性。一旦加入水，制成的材料将在短短几秒钟内随着气体的产生而升温40 ℃，这表明它具有用作热驱动器和气动驱动器的巨大潜力。此外，研究还测试了新材料的可重复使用性和降解能力。并据此设计了双层结构的智能绷带，其内部填充了Al-NaOH复合eGaIn，而BiInSn则作为外部支撑材料。实验显示，厚度为2 mm的片状结构经过冷却处理后能够支撑1.8 kg的重物，这比常用的玻璃纤维高分子绷带的承重能力要好得多。同时，研究还使用Al-NaOH复合eGaIn制作了水触发球形机器人的原型，该原型在特定的外部刺激下实现了滚动和弹跳行为。这些发现表明，当前材料在开发未来的可穿戴设备、软驱动器和软机器人方面具有潜在价值。
本文提出了一个基于车联网（CV）环境的交通主干道信号灯协同控制的模型及其求解方法。首先， 我们将信号优化与协同控制问题归结为一个混合整数非线性规划（MINLP）。通过考虑单个车辆轨迹的最小油耗和行程时间求解最优相位持续时间和相位差。由于模型的复杂性，我们将问题分解为两个层次：使用动态规划（DP）优化相位持续时间的交叉路口层，以及用于优化所有交叉路口相位差的干道交通层。同时，我们开发了一种基于预测的方法以求解上述双层优化模型。在各种场景下，我们利用交通模拟对模型进行了测试。与传统的感应信号灯协同控制相比，求解MINLP和双层优化模型生成的信号时序规划可以合理地提升交通信号灯控制性能和路网的服务水平。在高密度的交通流量的环境中并考虑不同车辆类型时，与感应信号灯相比，上述双层优化模型的求解法使路网总成本降低了3.8%，MINLP的应用使系统总成本降低了5.9%。这也表明对于交通密度相对较高的干道交通来说，本文提出的协同控制方案效果显著。而仿真结果也表明对于同时拥有主要道路和次要道路的交叉路口而言，面向主要道路进行的协同控制对次要道路上的车辆几乎没有影响。