国家自然科学基金重点项目中期成果专题
2023年3月，学科组织本领域专家对2019年度获批的11个重点项目进行了中期检查。为更好地展示和公开科学基金资助项目取得的成果，推动科研成果的传播，学科对重点项目中期检查成果进行征集与整理，来自北京科技大学、武汉理工大学、吉林大学、山东大学、天津大学等单位的研究团队对无机非金属材料学科重点项目中期成果进行了 详细介绍，形成了本专题的主要内容框架，共包括8篇研究进展文章，较为详细地介绍了在无机非金属材料学科重点项目资助下，在光催化材料、储能二次电池、电催化材料、超级电容器、耐火材料等方向的研究进展、取得的成果与未来亟需解决的科学问题。
专题论文汇编
无机非金属材料学科重点项目资助成果与改革举措
谭业强;<正>各种无机非金属材料不断涌现，推动了人类文明进步和科技发展，是支撑国民经济繁荣和人民日常生活的重要基石，在航空航天、集成电路、生命健康、能源环境等国家战略需求领域具有不可替代的关键作用。国家自然科学基金委员会工程与材料科学部无机非金属材料学科面向已有较好基础的研究方向或领域新生长点，以重点项目的形式支持开展深入、系统的创新性研究。自1991年起，学科共计资助重点项目241项，
雾化学气相外延法异质外延Ga_2O_3薄膜的生长特性
谢佳慧;穆文祥;李竹程;李光清;李阳;贾志泰;陶绪堂;氧化镓各晶相的应用广泛，亚稳相只能通过外延的手段获得。选择合适的生长方法和提高异质外延水平仍是学术界一直探讨的问题。采用雾化学气相沉积(Mist-CVD)法在蓝宝石衬底上异质外延生长了氧化镓薄膜，通过优化工艺条件实现了物相调控，系统研究了外延膜的结晶质量、组分和表面形貌，以及生长速率变化规律。同时，探究了Mist-CVD生长系统中，Ga_2O_3外延膜的晶体成核及晶相控制机理。在原有α-Ga_2O_3生长工艺的基础上，制备了α/ε混相薄膜、ε-Ga_2O_3纯相薄膜，呈三维岛状生长模式。在ε-Ga_2O_3纯相薄膜的基础上，随着氧气流量的增加，结晶质量先稳定后下降，生长速率先增加后降低，最高达到3μm/h。通过退火，获得了β-Ga_2O_3纯相薄膜，表面粗糙度由10.80 nm降低至5.42 nm。在利用Mist-CVD法进行不同晶相外延调控及其生长机理研究方面具有一定借鉴意义。
浸入式水口氧化铝结瘤堵塞机制
李红霞;顾强;刘国齐;袁磊;职建军;浸入式水口(SEN)结瘤堵塞已成为中国高品质钢和高性能特殊钢质量和效率提升的关键问题，至今仍未得到有效解决。本实验研究了SEN壁面和钢液中氧化铝夹杂物荷电性。结果表明：连铸过程中SEN荷负电，并随着拉坯速度的提高荷电量增大；钢液中氧化铝夹杂物荷正电，静电力为氧化铝夹杂物向SEN壁面迁移的重要驱动力；高温模拟试验和实际工况试验均表明氧化铝夹杂物会向阴极移动并附着在Al_2O_3-C材料上，并随着电场强度的增大，附着物厚度增厚。本工作揭示了SEN氧化铝结瘤新机理，为后续研究提供了方向。
炔键赋予的石墨炔位点选择性修饰
王祖民;杨乃亮;于然波;王丹;石墨炔是由2种不同杂化形式的碳原子拓扑有序构成的二维碳同素异形体。石墨炔中共存的sp和sp2杂化碳原子使得表面电子局域不均匀分布，从而为设计化学反应、位点选择掺杂、可控的原子担载提供了可能。本文从石墨炔独特的富炔结构出发，总结了石墨炔的精准修饰技术：1)石墨炔与纳米颗粒复合，利用金属-石墨炔的成键，提升材料间的电荷转移；2)利用炔键所赋予的化学反应位点，实现异质原子定点可控掺杂；3)利用石墨炔炔键电子与金属空轨道作用，调控离子或原子的传输与锚定。石墨炔的炔键结构为发展新合成方法，拓展材料在能源、催化等领域的应用提供了新的思路。
水系锌离子电池研究进展
邓致远;李明珠;方国赵;梁叔全;可充电水系锌离子电池(AZIBs)因安全性高、环境友好、低成本等优势成为规模储能装置的候选者。目前水系锌离子电池的研究仍存在诸多问题和挑战，如正极材料不稳定，负极析氢、腐蚀，电解液电化学窗口较窄等。本文围绕水系锌离子电池的正极材料、负极材料、电解质材料、非活性材料(包括隔膜、集流体、黏结剂)进行了全面讨论与分析。总结概括了国内外的最新研究成果，同时归纳出最新的优化策略和研究方法，提出的整体系统优化策略。此外，本文分析了当前水系锌离子电池的研究与技术化的差距，讨论了未来水系锌离子电池研究的重点方面与系统优化方法，对锌离子电池技术化研究做出展望。
锂硫催化：缘起与展望
江欣;张辰;吕伟;张炳森;杨全红;锂硫电池因具有高理论能量密度(2 600 W·h/kg)、低成本、环境友好等优点成为最具有应用前景的储能系统之一，但多硫化物的穿梭效应阻碍了其实用化进程。在锂硫电池中引入催化作用，被认为是加快硫转化反应动力学，抑制穿梭效应最有效的策略之一。本文从锂硫电池化学角度出发，系统梳理了“锂硫催化”研究方向的缘起、催化机制及催化剂研究进展，提出了指导锂硫催化剂理性设计的活性描述符，最后对锂硫电池实用化进程进行了展望。
赝电容的起源和本体相赝电容的实现
董韬文;张伟;郑伟涛;因兼具高能量密度、高功率密度和长循环寿命，赝电容材料引领了近年来超级电容器的发展。然而，赝电容材料仍面临着储能机制认知不足、未来发展方向模糊等挑战。本文基于国家自然科学基金重点项目“高能量/高功率电池型超级电容器-离子插层储能的电极材料构筑”的部分研究成果以及最新的文献报道，以典型赝电容材料为纲，简要回顾赝电容材料发展历史、重点讨论赝电容材料的储能机制、指出其储能机制中亟待厘清的问题。并在此基础上，提出赝电容材料未来发展的新思路-本体相赝电容，讨论了实现本体相赝电容的关键着力点和初步策略。
S型光催化剂的电子转移机理研究进展
孙剑;别传彪;张建军;张留洋;余家国;光催化技术是减轻能源危机和环境污染的有效技术之一。由于光生电子–空穴对的快速复合，单组分光催化剂的光催化效率不高。新型S型异质结光催化剂可以实现光生载流子的有效分离，同时具备强氧化还原能力，因此受到了广泛的关注和研究。对S型异质结光催化剂电子转移机理的深入理解有利于设计出更高效的光催化剂。通过选择合适的表征技术可以有效揭示S型异质结光催化剂的电子转移机理。因此，本文综述了直接和间接表征S型异质结光催化剂电子转移机理的技术。对于每种表征技术，首先对基本原理进行简述，然后通过代表性示例加以证明。研究S型异质结光催化剂电子转移机理可以加深对S型异质结光催化剂的理解，为进一步优化光催化系统提供极大帮助。
高密度高温高熵合金与陶瓷共晶复合材料的研究进展
沈强;吴信婷;魏琴琴;张建;罗国强;高密度高温高熵合金与陶瓷共晶复合材料是一类由高熵合金与陶瓷组成的具有高密度和优异高温性能的共晶复合材料，兼顾高熵合金、陶瓷和共晶复合材料的性能优势，表现出优异的高温强度和良好的室温塑性，近年来得到广泛研究。本文总结了近年来高密度高温高熵合金与陶瓷共晶复合材料的研究现状，围绕共晶复合材料的成分组成、组织结构与材料性能的关系，从成分设计、元素组成、微观结构、室温和高温力学性能、高温抗氧化性、耐磨性和电化学腐蚀性能等方面综述了现有研究工作，并对其未来研发趋势进行了展望。