随着便携式电子设备和电动汽车等领域的迅速发展，迫切需要研发新一代具有高理论比容量和优秀循环稳定性的负极材料。硅基负极以其较高的比容量（1400~4000 mAh g-1），合适的工作电压（< 0.4 VvsLi/Li+）和丰富的储量等优点被认为是最有希望在未来代替石墨负极的材料。然而硅基负极在嵌锂/脱锂过程中伴随着巨大的体积变化（130~300%），电极内部颗粒会被机械应力粉化，传统电解液分解形成的固体电解质界面相（SEI）不能适应循环过程中的体积效应而破碎，不断发生破裂和反复生长，最终造成电池容量迅速衰减。

水系电池凭借其水基电解液的本征阻燃特性，在安全储能领域展现出巨大的应用潜能。以铅酸及镍氢为代表的传统水系电池虽已广泛应用于汽车启动与民用电子设备，但其受限于极低的储能密度。当前，大规模储能普遍采用以磷酸铁锂为正极的商用锂离子电池，尽管其能量密度得到显著跃升，但有机电解液的易燃属性使其面临严峻的安全隐患。因此，开发兼具高能量密度、长循环寿命及本征安全性的新型水系电池，已成为破解现代储能技术瓶颈的重大前沿课题。

随着新能源汽车和储能市场需求的持续增长，突破锂离子电池能量密度瓶颈已成为产业与学术领域的核心攻关方向。富锂锰基层状氧化物依托阴离子氧氧化还原反应可实现远超传统三元材料的比容量，且锰基体系具备资源储量丰富、成本低廉的显著优势，被视作下一代高能量密度正极材料的核心候选，引发了产业界与学术界的广泛关注。然而，严重的电压滞后现象始终是制约该类材料商业化应用的关键难题：首周循环后工作电压出现显著不可逆衰减，导致电池能量转换效率低于80%，且长期循环中电压持续跌落，严重影响电池的使用寿命与系统管理。长期以来，学界普遍将电压滞后归因于过渡金属迁移引发的Li@Mn6超结构破坏，但部分无明显不可逆阳离子迁移的阴离子氧化还原体系仍存在显著电压滞后，且热驱动电压恢复过程中的精细结构演变机制始终未能得到清晰阐释，现有改性策略难以实现根本性突破。

钴酸锂（LiCoO2）凭借较高的体积能量密度和成熟的产业基础，广泛应用于消费电子领域。提高充电截止电压可进一步提升其容量，但当截止电压升至4.55 V以上时，深度脱锂易引发相变、晶格氧活化与流失、Co溶出及电解液分解等问题，导致循环稳定性下降。

尽管锂电池硅负极具有极高的理论比容量，但其在锂电池循环过程中产生的剧烈体积变化会严重破坏导电网络与粘结网络，导致结构失稳与电接触失效。因而迫切需要构建兼具力学韧性与形变自适应能力且具备良好电子传导性能的粘结体系。多年来，北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋课题组基于团队自主创建的图论结构化学深耕硅基负极导电粘结剂的开发，2017年报道了一种新型水系导电粘结剂PF-COONa（Nano Energy, 2017, 36, 206-212和ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10(2), 1672-1677）；紧接着开发了通过n型掺杂增强电荷转移能力的共聚物PFPQ-COONa（ACS Applied Materials & Interfaces, 2018, 10(33), 27795-27800）；基于粘结剂设计开发了交联型导电粘结剂CCB（Small, 2021, 17(42), 2102256）与仿生导电粘结剂PFPQDA（Small Methods, 2022, 6(5), 2101591）；基于上述研究进展，团队系统建立了粘结剂材料基因的结构基元与其性质之间的相关性，总结了优化策略，提出了高性能导电粘结剂的设计原则（Acc. Chem. Res., 2022, 55(15), 2088-2102）；基于此设计原则，借助硫醇-烯点击反应开发了原位共价交联的弹性电子/锂离子导电粘结剂（Matter, 2025,8, 101952)；利用碳纳米管表面接枝导电聚合物，设计制备了新型复合导电粘结剂PCNT（Energy Storage Materials, 2025, 78, 104255）。

电催化是实现可持续能源转化、减碳减排的关键技术。电催化硝酸盐还原反应（NO₃RR）为污染水体中硝酸盐资源化利用和绿色合成氨提供了重要路径，但其反应过程涉及多步质子–电子转移以及多种短寿命含氮中间体，界面微观机制长期缺乏分子层面的直接证据。特别是关键中间体如何在强负电位界面被稳定、又如何进一步加氢生成氨，是限制NO₃RR催化剂理性设计的核心问题。