能源和资源的可持续发展是21世纪人类面临的最大挑战之一。多相电催化体系依赖其规模灵活可调、冷启动、易装备化、易与可再生能源结合等优势备受瞩目，可潜在实现现有化石能源驱动过程的替代，从而减少碳排放。在多相电催化体系中，反应效率是衡量反应的核心指标，直接决定了未来碳中和体系中可再生能源的利用率，因而如何实现电催化过程中精准、高效地电子转移及其伴随的化学反应是电催化领域的核心问题。面向这一问题，我们的研究主要以结合分子工具和多相表界面结构为切入点，利用分子工具的多样性和可调性实现电催化表界面结构的认知、设计、创造以及调控，为提高电催化活性和选择性提供新的思路。

1. 电催化界面上的离子/分子微环境

电催化反应通常发生在带电的固-液或固-液-气界面上，而固体电极表面附近的离子或分子由于静电吸附作用和化学吸附作用在界面处发生排列或者取向，进而改变界面的反应微环境、影响电催化反应的选择性。目前，对于这些离子/分子反应微环境的影响认知尚不完善，而且主要局限于简单的无机阳离子或表面活性剂阳离子，未能形成对电催化反应的系统性调控。我们的研究基于电催化反应本质对离子（分子）-离子（分子）相互作用、离子（分子）-溶剂相互作用、离子（分子）-电极相互作用、离子（分子）-中间体等相互作用模式进行微观结构的拆分和解析，建立离子/分子微环境与催化反应之间的构效关系，指导设计可提升电催化性能的复杂界面环境结构。(Chem, 2022, doi.org/10.1016/j.chempr.2022.06.012; Angew, 2021, 61, e2021133162)

2. 基于探针分子的电催化反应机制研究

电催化反应机理的研究不仅可丰富对电化学反应物理化学本质的认知，而且有利于催化剂的理性设计以提高催化活性和选择性。我们的研究方向针对电催化反应中高活性的瞬态反应中间体造成的反应机理难探究这一挑战，着眼于设计可与表面特异性相互作用或者电场相应的探针分子，并利用探针分子法与原位表征方法（反应动力学、原位光谱法）相结合的手段，探究电催化反应分子尺度上的反应机制。（Angew, 2021, 60, 2-9; J. Am. Chem. Soc., 2021, 143, 1493-1502）

3. 发展可精准调控催化表界面结构的分子手段

理解和调控催化表界面结构一直以来是多相催化的重要问题。目前，多相催化剂的研究主要以“试错法”为主，缺乏具有分子层面的精准调控手段。我们的研究方向尝试打破目前多相催化剂研究的格局，充分结合配体分子的结构/性质可调性以及多相表面的高催化活性实现新型催化剂的制备。其中，我们利用在催化剂表面引入特定的分子靶点可实现高特异性的配体分子嫁接，从而实现催化表界面电子结构、酸碱位点等方面的精准调控。