核酸是以核苷酸为基本组成单位的生物信息大分子，具有复杂的结构和重要的生物功能。核酸的二级结构不仅仅有最早由Watson和Crick通过X-射线晶体衍射所证实的DNA双螺旋结构，更多在调控生命过程中起到重要作用的新颖的核酸二级结构被发现。比如，i-motif是由富含胞嘧啶C碱基的DNA序列在微酸性条件下通过质子化一条链中的C碱基、然后再与另外一条链(非质子化)进行氢键配对C(H)+：C形成的C四链体结构。i-motif 存在于原癌基因促进子区域，是基因调节和抗癌疗法的靶标，还可以作为转录激活因子调节基因

短短十年内（2009-2019），铅卤钙钛矿ABX3 (A= MA, FA, Cs；B= Pb, Sn; X= Cl, Br, I)太阳能电池的光电转换效率从3.8%迅速提升到24.2%，接近商业化硅太阳能电池效率，是下一代明星光伏器件。但是，该数值仍然比单p-n节太阳能电池的肖克利奎伊瑟极限低10个百分点。其中，声子诱导的非辐射电子-空穴复合是导致电荷和能量损失的主要途径，限制了钙钛矿太阳能电池转换效率的进一步提高。近期，龙闰教授和方维海院士课题组针对这一核心问题，采用含时密度泛函理论结合非绝热动力学模

如何突破限制激光技术应用及微加工精度的所谓“200nm”墙的限制，取决于新颖高效的深紫外（DUV，λ < 200 nm）非线性光学（NLO）晶体的发现和创制。深紫外NLO晶体材料是是中国掌握的、处于国际领先地位的“卡脖子”科学技术之一。由于DUV倍频材料对材料的性质要求苛刻：要求材料同时具有非中心对称晶体结构、二阶倍频效应系数大、尤其是需具有超宽带隙（大于6.2 eV），因此，符合该要求的材料匮乏，商用材料仅有KBBF一例，但因其含铍元素，且大晶体生长困难等，其应用受到一定程度限制。因此新型深紫外非线性光

红外（IR）非线性光学材料（NLO）虽在长距离激光通讯、红外对抗、光通讯及光电设备等领域得到了广泛应用，但由于其数量匮乏，不能满足日益增长的应用需求。目前只有三个商用材料，分别是AgGaS2 (AGS), AgGaSe2和ZnGeP2, 其中AGS性能最优，品质因子最大；但该材料带隙较小（2.58 eV），激光损伤阈值低，器件寿命短。因此如何提升AGS的激光损伤阈值和综合性能是该领域的一个难点和热点，具有重要的科学意义和应用价值。

近年来，传统化石燃料的大规模利用导致能源短缺、环境污染等诸多问题，因此开发清洁高效的新能源迫在眉睫。氢能作为一种洁净的可再生能源，具有热值高、燃烧产物为水等优点，是一种理想的传统化石能源的替代燃料。氢能可通过电解水(由析氢反应HER和析氧反应OER组成)直接获取，而HER和OER过程均需要较高的过电位，需采用适宜的电催化剂来降低此过电位，以实现工业化应用。至今，以Pt, Ir和Ru为代表的贵金属是性能最优的电解水制氢催化剂。但贵金属资源稀缺、价格昂贵，生产成本很高，限制其产业化。因此，探索高效稳定的电催化

具有长寿命发光和高量子产率的分子固体材料在防伪、传感器、生物成像和信息储存等领域引起了广泛的研究兴趣。近年来，发光寿命达到秒级的有机室温磷光分子持续报道，但由于量子产率和寿命之间存在内部竞争关系，具有高发光量子产率的室温磷光材料仍然很稀少。相比之下，贵金属配合物（如Ir(III)或Pt(II)）具有强的重原子效应，能极大增强旋-轨耦合，提高量子产率，但其发光寿命较短。因此，如何平衡量子产率和发光寿命的竞争关系，以同时提高发光寿命和量子产率仍然是一个问题。

随着商品经济的发展，假冒伪劣产品给国家与人民的安全产生了巨大的威胁。发展一种易于识别且不易复制的防伪标签对于保障商品的可靠性具有非常重要的意义。微纳米光子学条形码因其具有小尺寸且易于识别的特点，而被广泛应用到数据存储及防伪领域。一维多段异质结因其具有易于识别的图案特征，在构筑多色光子学条形码领域展示了巨大的潜力。

人工分子机器研究受天然蛋白质分子机器的启发而诞生，其试图构筑的于分子尺度下运行的人工机器在智能材料、新传感器、智能药物运输和能量储存等方面有着巨大的应用潜力。柔性链作为一种具有显著区别于刚性结构性质的分子基团，其特殊的柔顺性和链段间运动的协同性在天然蛋白质分子机器的运作中发挥重要作用，如调节蛋白质对底物的络合、以及提高蛋白质转运的运动速率等。然而，在当前相关的人工分子机器研究中,柔性链普遍地仅仅表现出柔顺性，几乎没有任何抑制或改变分子体系运动的能力。这极大的妨碍了科研人员对柔性链在天然蛋白质分子机器中的功

光诱导的分子光开关在光药理学、光化学遗传学、信息存储以及纳米管器件的制造等方面有很多潜在的应用前景。在过去的十多年间，吸引了大量实验和理论化学家的广泛关注。2016年诺贝尔化学奖颁给“分子机器的设计与合成”这一领域就是最好的证明；三位获奖人之一的费林加教授便是光诱导分子光开关和马达的开拓者之一。

激发态分子内质子转移（ESIPT）通常指一类光诱导烯醇-酮互变异构化的光化学过程。发生ESIPT后，物质的电子结构和光物理性质会发生显著变化。近年来，由于ESIPT体现出显著的斯托克斯位移发射，使得该类分子体系在太阳能光捕获、光学存储、双波段发射、双光子显微成像、防晒剂、核酸碱基光保护和绿色荧光蛋白等领域备受关注。同时，固态ESIPT过程在调控发光二极管（LED）、激光器、化学/生物传感器等光物理性质和光电功能等方面起着重要作用。尽管ESIPT溶液发光体系已有大量研究基础，然而如何在分子固体中设计和控制合