绿色能源技术是未来社会和经济发展的重要基础。其中利用功能有机高分子材料的有机太阳能电池和利用碳纳米材料的储能器件方面的研究具有重要的科学意义和应用前景。本报告将介绍我们近年来在这两个方面的研究进展：1）A-D-A 寡聚物型功能材料的设计、合成及其在柔性有机太阳能电池方面的应用；2）基于二维石墨烯聚合单元，设计制备三维交联全碳高分子及其作为新型储能材料方面的研究。在此基础上我们将对相关领域的未来发展和前景进行展望。

丙烯是重要的烯烃类化工原料，具有极为广阔的市场需求。丙烷脱氢制丙烯工艺与传统的裂解等工艺相比，具有生产目标明确、工艺成本低等优势，国内已建立10 余套在产装臵，日益受到市场的广泛关注。目前，以 Pt 基催化剂或金属氧化物催化剂为基础的商业化工艺仍然受到产量、成本、环境以及催化剂寿命等因素的限制。本报告结合 Pt 基催化剂电子和几何结构的理论分析，阐明了 Pt 基催化剂金属间键合作用和配位关系的调控机制，明确了 Pt 基催化剂原子利用率和高温稳定性的提升策略，为进一步优化 Pt 基催化剂的丙烷直接脱氢性能提出指导方案。面向绿色低能耗的化工连续生产需求，进一步提出基于化学链工艺的丙烷氧化脱氢制丙烯技术，明确了金属氧化物载氧体氧物种的优化策略，指出化学链工艺可以突破丙烷直接脱氢的热力学平衡限制，降低系统能耗，提升丙烯产率。化学链丙烷脱氢工艺具有催化剂廉价、节省系统能量和投资的优势，是一种可以替代丙烷直接脱氢工艺的技术手段。

我国提出力争 2030 年前二氧化碳排放达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。电化学能源是构筑太阳能–电能–氢能/动力/热能系统的新途径。发展基于金属锂负极的下一代锂电池技术是电化学领域的圣杯。深刻理解锂电池中的锂键相关化学对于构建安全高比能的新型锂电池体系十分关键。本报告首次利用密度泛函理论计算和实验手段确定了锂键的几何构型、键级、巴德电荷、偶极迁移等特征，证明多硫化物和富电子给体之间的锂键相互作用实际上是一种偶极-偶极相互作用，而且锂键还可以描述多硫化物和硫载体之间的相互作用。锂键这个概念可以更好地理解锂离子和配位的溶剂分子/阴离子之间的相互作用并解释电解液离子电导和稳定性。锂键较高的键能使得溶剂化壳层中的分子无法高效地与外部自由溶剂交换，使得离子电导率下降。锂键还能够通过形成离子–溶剂复合物来降低溶剂分子 LUMO 能级的能量来促进电解液的分解，因此锂键这一化学概念可以调控电解质溶液的稳定性。Li 键在金属锂的相关转化中也有类似的效果，锂沉积和剥离的过程与锂键的演化密切相关。在 Li的沉积过程中，电解液中的锂离子与溶剂逐渐脱离并在负极表面得到电子，然后会与负极框架形成

陈华兵教授通过研发新型光敏剂载体，实现高效的肿瘤光治疗。合成了多碘和聚乙二醇修饰的 BODIPY 光敏剂，并通过自组装制备成纳米胶束，调控其光转换行为。多碘化及自组装策略有效提高了 BODIPY 光敏剂的光热转换系数和单线态氧量子产率，降低了辐射跃迁，并增强了其肿瘤靶向性。特别是 4 个碘原子的修饰，能诱导 BODIPY 胶束对原位乳腺癌的光动力、光热协同治疗效应，并通过抗转移蛋白(如Akt、Erk 蛋白)调控、M2 型肿瘤巨噬细胞极化、及免疫原性细胞死亡效应等产生显著的抗肿瘤转移作用，对化疗和手术失败后的复发肿瘤也具有显著的抑制作用。自组装多碘化光敏剂胶束可有效增强光治疗对原发、转移及复发性肿瘤的治疗效果。

随着硅基微电子器件尺度进入深亚微米后，后摩尔时代非硅电子学的发展备受瞩目。国际半导体技术路线图(ITRS)委员会 2005 年明确指出硅基 CMOS 技术将在2020 年左右达到其性能的绝对极限。在可能的下一代技术中，ITRS 委员会基于其新材料和新器件工作组的系统研究和推荐，2009 年明确向半导体行业推荐碳基电子学，作为可能在未来 10~15 年显现商业价值的下一代电子技术，并给出了详尽的路线图和碳纳米管材料挑战。面向后摩尔时代，北京大学于 1999 年组建了碳基纳电子材料与器件研究团队。经过近二十余年的努力，该团队在碳基电子器件相关材料和制备工艺的研究中取得系列突破，基本解决了 ITRS 给出的碳管材料挑战，发展了一整套碳管 CMOS 集成电路和光电器件的制备新技术，成为下一代信息处理技术强有力的竞争者；其核心为放弃掺杂，通过控制电极材料达到选择性地向晶体管注入电子或空穴，实现晶体管极性的控制，并首次制备出高性能对称碳管 CMOS 电路。2017 年，首次基于碳管实现了栅长为 5 纳米的 CMOS 器件，证明器件在本征性能和功耗综合指标上相对硅基器件具有 10 倍以上的综合优势