课题组围绕碳资源利用、光能转化、氢能储存与电化学反应中的材料问题开展研究，关注材料组成、微观结构和界面作用如何影响反应过程。研究从分子的吸附与活化出发，连接电荷传递、物质输运和材料稳定性，逐步建立结构变化与功能表现之间的联系。
热力学用于理解反应的驱动力与平衡条件，动力学用于分析反应速率和路径，表界面化学则连接材料结构与分子的相互作用。在光催化与电化学体系中，能带结构、电荷传输和界面反应共同构成理解能量转化的基础，也为比较不同材料的设计思路提供出发点。
共同的研究思路是以明确的科学问题指导材料设计，将制备条件、结构分析与性能评价相互对照，并结合原位表征、反应动力学和理论分析理解反应机制。评价既关注活性与选择性，也关注循环过程中的结构演变，以及材料在具体应用条件下的适用性。
碳资源与选择性催化
围绕一氧化碳、二氧化碳、合成气及生物质衍生分子的转化，研究活性位点的组成、空间联系与吸附行为。通过金属组分、载体和界面调控，探索反应物活化、含碳中间体转化与产物选择性之间的联系，关注低碳醇及含氧化学品的催化合成。
活性位点协同与反应路径
碳资源催化中的关键问题，是如何让反应物在适当的位置被活化，并沿有利于目标产物的路径继续转化。围绕一氧化碳加氢与醇类合成，关注不同化学状态的金属位点能否形成互补作用，以及相邻位点之间的距离和界面接触如何影响中间体的吸附与后续反应。吸附过弱可能不利于分子活化，吸附过强则可能阻碍后续转化或产物脱附；需要协调各个反应步骤，而非单纯增强吸附。研究将催化剂的组成和价态变化与产物分布联系起来，分析碳—碳键形成、加氢和脱氧等过程之间的竞争。
金属—载体作用与结构演变
载体既影响金属颗粒的分散，也可能通过表面基团、缺陷和界面电荷作用改变反应环境。以负载型金属及金属氧化物复合体系为对象，关注颗粒尺寸、局部配位与介观结构之间的关联，并借助精细结构分析和原位表征考察反应条件下的变化。将一氧化碳氧化等反应中的吸附与界面研究作为机制认识的基础，理解不同反应对活性结构的要求。
生物质衍生分子的选择性转化
生物质合成气与含氧平台分子提供了不同的碳资源利用路径。围绕合成气制醇以及生物质衍生分子的加氢反应，研究金属组分和助剂如何改变分子在表面的结合方式，进而影响不同官能团的转化与产物选择性。研究重视组成、结构和反应条件之间的对应关系，寻求兼顾目标产物形成与催化剂稳定性的材料设计思路。
比较不同催化体系时，需要结合反应条件理解转化率与选择性，并关注反应前后结构的差异。通过吸附物种、速率变化和产物分析的相互印证，辨别表面反应、传质与失活因素，建立能够解释反应行为的构效关系。
光催化与能源环境应用
以氮化碳、金属硫化物及其复合结构为主要研究对象，关注光吸收、载流子分离和表面反应之间的衔接。通过分子结构、缺陷与异质界面设计，研究光催化产氢、过氧化氢合成和污染物转化，并拓展对二氧化碳还原及自清洁功能薄膜的认识。
从光吸收到表面反应
半导体吸收适当能量的光后产生电子激发，随后经历电荷分离、迁移和复合。能带位置影响可发生的氧化还原过程，表面反应速率则决定到达界面的电荷能否被有效利用；因此，光吸收、电荷传输与反应位点需要相互配合。围绕氮化碳骨架及其分子连接结构，研究光吸收范围、局部电子结构与电荷迁移之间的关系；围绕半导体和助催化剂的复合，关注界面接触与能带匹配对载流子分离的影响。将材料结构与表面反应相互联系，分析光能利用受限的环节，为组成和形貌调控提供依据。
缺陷、分子结与反应选择性
缺陷和掺杂可改变吸附位点与局部电子结构，也可能引入电荷复合中心；其作用取决于缺陷类型、分布及与反应位点的联系。研究关注氮化碳中的分子连接、孔结构和缺陷，以及硫化物与磷化物之间的复合界面。过氧化氢光合成关注氧的选择性还原及适当条件下的水氧化路径，并同时考察生成和分解过程。产氢研究关注助催化剂和半导体之间的协同，以及电子与质子参与表面反应的过程；评价时区分有牺牲剂的产氢与整体水分解。对二氧化碳光还原，则从缺陷类型、吸附活化和电荷利用等方面梳理材料设计问题。
污染物转化与自清洁薄膜
环境应用需要将反应活性与材料使用方式一并考虑。围绕有机污染物的光催化转化，关注光吸收、表面接触及复合结构的作用；面向玻璃表面的自清洁需求，研究纳米膜生长、亲水基团和光学性质之间的联系。亲水性有助于水在表面铺展和冲洗，光催化则作用于可反应的有机污染物；污染物吸附、转化及进一步矿化需要分别评价。增透、亲水和光催化功能对结构的要求各有侧重，研究据此考察薄膜组成与表面状态的协调，为评价材料在实际光照和使用条件下的表现提供基础。
氢能储存与催化释氢
围绕镁基固态储氢材料与甲酸等化学储氢载体，研究储氢、放氢过程中的反应动力学和界面作用。通过纳米结构、催化位点与复合保护层设计，探索反应活性、可逆性和材料稳定性之间的关系，连接氢的存储、按需释放及相关材料防护问题。
镁基材料的可逆吸放氢
固态储氢需要同时理解材料的储氢能力、反应条件和吸放氢速率。围绕纳米镁及氢化镁体系，关注氢与材料之间的反应、相变以及循环过程中的结构变化。镁与氢化镁的可逆转化可表示为 Mg + H₂ ⇌ MgH₂：温度与氢分压影响平衡条件，氢分子的解离与重组、扩散以及新相形成则影响速率。通过镍基、镧基组分及其复合结构，研究活性界面对这些步骤的作用，将反应动力学改善与平衡热力学变化分别分析。
研究同时关注储氢组分与添加组分之间的配合：催化和保护作用需要放在整体材料中考察，结合吸放氢条件、可逆容量和循环表现，理解界面调控的效果及其适用范围。
复合界面与纳米薄膜防护
纳米化增加了材料与外界接触的界面，也使表面状态和防护方式更为重要。研究聚合物、氮化硼、碳纳米管及二维材料与储氢组分的复合，关注界面接触、表面活性位点和端基缺陷对功能表现的影响。结合磁控溅射、斜角沉积和等离子体聚合相关制备思路，考察薄膜生长与保护层结构，理解空气稳定性、氢的输运和反应活性之间的联系。纳米化可以缩短扩散尺度，保护层能够调节材料与环境的接触；同时需要考察包覆对传质的影响，以及添加组分对复合材料有效储氢容量的影响。
化学储氢载体的催化释氢
甲酸催化脱氢通过 HCOOH → H₂ + CO₂ 释放氢；与之竞争的脱水路径 HCOOH → CO + H₂O 会形成一氧化碳，因此反应速率与气体选择性需要同时调控。围绕负载型钯催化剂，研究金属颗粒、载体碱性位点和缺陷结构如何共同影响分子的吸附与活化。关注氮化碳及氧化物载体的组成和形貌，分析金属—载体作用与反应路径之间的关系。评价着重结合释氢过程、产物选择性和催化剂稳定性，探索适合化学载体转化的活性结构，并从载体来源、再生与使用条件理解化学储氢的适用性。
电催化与能源功能材料
围绕多金属氧酸盐及其衍生物、金属复合结构和导电骨架，研究组成、晶相、形貌与电子结构对电化学反应的影响。关注析氢、析氧、尿素氧化和相关储能材料，并结合薄膜与聚合物复合研究，探索界面设计对材料导电、表面反应和使用性能的作用。
多酸基材料与结构调控
多金属氧酸盐是一类通常以离散金属—氧阴离子簇为结构单元的化合物，其组成和连接方式可进行调控。其氧化还原性质和连接方式为分子尺度的活性位点设计提供基础。将多酸固定在载体上，或转化为衍生电极材料，可以进一步调节局部配位、导电接触与界面环境。研究关注多酸单元的固定方式、共价连接及其衍生物形成过程，探索材料在反应环境中保持或改变结构的机制。通过元素掺杂、混合晶相和分级形貌调控，分析活性位点的局部环境与整体电极结构如何共同影响反应，为理解结构—性能关系提供线索。
界面重构与电化学制氢
电极的初始结构可能随反应条件发生变化，因此需要将制备态材料与使用中的活性状态联系起来。围绕镍基硫化物、层状双氢氧化物和泡沫镍等体系，关注表面修饰、界面接触与电化学重构。水电解由阴极析氢与阳极析氧相配合，反应需要外加电能驱动；过电位、电子与离子传输及气体排出共同影响实际运行。尿素氧化辅助制氢则用消耗尿素的阳极过程与阴极析氢配对，需结合产物和电能消耗评价。研究据此比较反应组合、电极工作态与稳定性，并结合产物分析和法拉第效率理解有效反应所占的比例。
储能与相关功能复合材料
电化学储能关注电荷的存储与释放，多酸基材料的相关研究为理解电催化与储能中的结构需求提供了联系。结合导电骨架、金属组分和多孔结构的复合设计，关注电极中的界面接触与传输过程。相关功能材料研究还涉及柔性导电薄膜、生物传感材料及轻质环氧树脂基复合材料：导电网络影响电信号传输，表面功能化影响识别与响应，填料分布和界面结合影响轻质复合结构的使用性能。这些研究共享界面设计思路，同时依据各自用途评价循环保持、响应选择性或结构稳定性。