针对微器件中多相能质传输与物质转化、微流体相变及界面演化，开展了微反应器内多相物质传输及转化强化，光热效应致相变、流动、聚合与传热过程的研究工作，并提出了新型光催化反应器和新型微纳电池

无膜微流体燃料电池内两相传输特性及性能强化 提出了在微流体燃料电池微通道中间嵌入滤纸从而有效促进气泡排出、提高电池性能的新方法。研究表明，气泡生长和排出的周期性过程导致了电池电流密度的波动，嵌入滤纸后，虽然电流密度波动更频繁，但波动幅度减小，提高了电池性能；与无滤纸分隔的电池相比，最大功率密度和极限电流密度分别提高了25.2%和130%。构建了柔性被动式微流体燃料电池。利用ZIF-67作为前驱体，制备了具有选择催化性的ORR催化剂，电池最大功率密度可达4.32 mW cm-2，经过重复弯曲1000次时，其最大功率密度仅下降9.1%。采用光学方法研究了纸基微流体器件内的毛细流动并采用数值模拟进行预测。发现纸内的自发毛细流动行为在开始阶段处于饱和流动状态，随着流动时间的延长，由于内部孔隙分布不均匀以及粘性的作用导致渗吸前沿出现非饱和流动，且非饱和段长度随着渗吸距离的增加而增加，采用Richards方程对其渗吸过程进行模拟研究，发现在考虑动态效应时的模拟结果相较于静态下与实验结果更相吻合。针对微流体燃料电池气液两相流问题，提出了具有气泡捕获陷阱层的微流体燃料电池，结果表明：气泡捕获陷阱层改善了微通道内气-液两相流动力学行为，利于微通道内气泡及时排出，获得优异的稳定功率输出，最高功率密度提高了10%；具有楔形疏水结构阳极的微流体燃料电池，改善了微通道内气-液两相流动力学行为，加快气泡排除，提高电池性能的同时提升电池运行稳定性，最高功率密度提高了35%。

电化学储能反应器内两相传输特性及性能强化 针对通过两电子氧还原（2e--ORR）电合成过氧化氢过程中贵金属基催化剂价格昂贵、稳定性较差等问题，提出并制备了源于竹子的岩石状生物炭电催化剂以及源于火龙果皮的具有超高比表面积的自掺氧分级多孔电催化剂用于高效电合成过氧化氢，竹子衍生生物炭催化剂在电流密度50 mA cm-2下的产率为1525 mmol g-1 catalyst h-1，电流效率高达~66％，火龙果皮衍生催化剂在中性环境下具有很高的电催化活性和选择性，并且仅依靠自然空气扩散就可以实现在电流密度90 mA cm-2下维持高的法拉第效率（~66％）。针对高过电位下CO2还原反应传质受限、析氢反应严重等问题，通过构建具有超亲气表面的自支撑泡沫铜电极有效扩展了微观层次的三相反应界面，提高电化学还原CO2性能，同时抑制H+传输，削弱析氢副反应的发生，在-1.5 V（vs. Ag/AgCl）时，氢气法拉第效率从41.39±5.69%降为23.66±1.34%。基于微流控平台构建可视化反应器模拟电化学还原反应器多孔传输层结构，对反应器内两相流动进行可视化研究，发现气泡的溢出速率随电流密度增加而增大，反应器的工作电极与对电极之间的电压增大，说明多孔介质中的两相流动对反应器性能的影响增大。