本书融合了物理学、化学与化工、材料科学、电子工程、环境工程以及能源科学等多学科知识，共分为两大部分：新型材料的制备与性能测试、新型器件的制备与性能测试。本书全面深入地介绍了新能源领域相关材料与器件的制备方法、测试表征方法、功能特性以及工业应用情况，紧密围绕实验内容与基础理论展开，由浅入深、循序渐进地引导读者学习。本书可作为高等院校相关专业本科生和研究生的专业实验教材，也可作为新能源领域相关科研人员与工程技术人员的参考书。

本书融合了物理学、化学与化工、材料科学、电子工程、环境工程以及能源科学等多学科知识，从制备测试到应用，理论结合实验、由浅入深，既可作为高校教材，也可作为科研人员实用参考书

前言在当今世界，研究和应用新能源材料与器件已成为解决能源危机、推进可持续发展的核心途径。随着全球对清洁能源需求的日益迫切，新能源材料与器件领域的实验教学变得尤为关键。该教学领域横跨物理学、化学与化工、材料科学、电子工程等多个学科，要求学生深入理解并掌握新能源材料的制备、性能测试及器件集成等关键技术，涵盖从基础化学试剂到器件组装与表征的全过程，凸显了学科知识的集成运用。实验教学的独特之处在于将器件设计与基础知识相结合，并进行实际操作的反演。在新材料强国战略的指导下，新能源材料与器件课程教学改革的目标是确保学生全面掌握新能源材料的专业知识，培育具备实践能力和创新精神的优秀人才。总之，新能源材料与器件的实验教学是培育材料领域高素质人才的关键环节。通过综合运用多学科知识，加强实践能力和创新精神的培养，学生能够更好地适应我国新能源产业的发展需求，为解决全球能源问题做出贡献。本书内容涉及当前新能源材料与器件领域的诸多研究方向，包括半导体材料、光电催化材料、超级电容器、锂/钠离子电池、钙钛矿太阳能电池等多种新兴材料与器件，全面展现了该领域的多样性与前沿性。每个实验的内容编排以各类材料在能源转换与储存领域的发展现状为引子，以基础的分析表征实验原理和方法为核心内容，补充了对应材料体系中常见的材料测试与表征实例以及化工实际应用。针对新能源器件和化工器件在实际应用中遇到的复杂工况，教学中设计了典型场景下的测试、分析和评价方法。通过深入解析材料的结构和性能以及对材料和器件的性能进行测试与评价，学生能完整且连贯地学习从实验到实际应用的过渡步骤，从而对相关材料的产业化发展前景以及产学研转化有更深层次的认知，进而推动新能源产业的发展。本书可为高校材料专业、化工专业、能源专业的实验课程开展提供参考，其中器件的制备、组装、测试方法和技术也可为本科生毕业设计、研究生研究课题的开展提供有益的借鉴，还可助力科研人员及相关专业的学生拓展相关领域知识，更好地进行知识集成运用。本书由华中科技大学李鑫主编，编写人员还有华中科技大学杨君友、廖敦明、罗裕波、黄云辉和岚图汽车科技有限公司刘勇。在此，衷心感谢参与编写的硕士生和博士生：戴尧，付佳瀚，贺豪，霍锴，罗超凡，李梦虹，饶士鹏，孙成伟，王紫璇，谢启云，赵倩楠，张书珲，张文广。他们在繁忙的科研与学习之余，投入了大量时间与精力，为本书的资料整理、内容撰写和修改完善做出了重要贡献。他们的团队协作精神是本书得以顺利完成的关键。本书在编写过程中，参考了大量的教材、文献以及其他资料，同时得到了华中科技大学国家卓越工程师学院和材料科学与工程学院的大力支持。在此一并表示诚挚的谢意。本书的编写旨在汇集与总结当下前沿新能源材料与器件相关实验，期望可以对材料与化工相关专业的教学及其相关领域的科研工作有所帮助。书中难免会出现疏漏和不足之处,恳请各位读者批评指正。编者2025年7月

李鑫，工学博士，湖北武汉人，华中科技大学材料科学与工程学院副教授，隶属于半导体材料与器件研究中心，2023年湖北省海外高层次人才计划入选者。2014年6月毕业于武汉工程大学材料物理专业，获理学学士学位；2014年9月至2019年6月硕博连读于华中科技大学材料科学与工程学院材料学专业，取得巴黎高等矿业大学新能源科学与工程专业硕士学位(与中欧清洁与可再生能源学院联合培养)，取得工学博士学位，导师杨君友教授。2019年7月至2019年11月就职于华中科技大学材料科学与工程学院担任科研助理。2019年12月至2022年12月，先后于美国加州大学伯克利分校（合作导师：Prof. Joel Ager）、德国亥姆霍兹柏林材料与能源中心（合作导师：Prof. Steve Albrecht）、新加坡国立大学太阳能研究中心（合作导师：Prof. Armin Aberle和Dr. Serena LIN Fen）从事博士后研究。2022年12月入职华中科技大学材料科学与工程学院，主要从事于面向商业化的高效稳定的钙钛矿太阳能电池，及钙钛矿基叠层电池的研究(包括钙钛矿/Si，钙钛矿/CIGS以及钙钛矿/钙钛矿叠层)。截止目前，发表SCI收录论文70余篇，申请国家发明专利4项。其中一作/通讯作者文章30余篇

第一部分 新型材料的制备与性能测试（1）高性能半导体热电材料的制备与性能测试（3）光催化材料的制备及催化性能测试（12）石墨烯的制备及其导电性能研究（21）电解水催化材料的制备及其催化活性测试（30）水凝胶材料的制备及力学性能测试（41）碳纳米材料结构的调控及其比表面积测试（49）电催化CO2还原反应催化剂的制备及其电化学性能测试（58）光致发光材料的制备及发光性能测试（67）热电/铁电材料复合薄膜制备及性能测试（76）相变储能材料的制备及循环稳定性测试（85）电致变色材料的制备及变色效率测试（94）导热吸波复合材料的制备及其性能测试（103）无机纳米气敏材料的制备及其灵敏度测试（115）光电二维晶体材料的制备及其物理性能研究（123）忆阻材料的制备及其可变电阻性测试（132）第二部分 新型器件的制备与性能测试（141）钙钛矿太阳能电池的制备及光电性能测试（143）钠离子电池的组装与循环性能测试（152）超级电容器的制备与电性能测试（161）燃料电池的工作原理及测试方法（171）锂硫电池制备及其性能测试（182）钙钛矿发光二极管的制备及发光性能测试（191）光纤传感器和电池的制备及其性能测试（200）锂固态电池制备及其性能测试（208）柔性电子器件的制备及其性能测试（215）