表界面构筑对于合成高效电催化材料至关重要，而如何将基础研究中构建的材料界面应用于电催化器件，探索微观界面调控与宏观器件之间的构效关系，是实现电催化应用的关键。本课题组借助物理（如空间限域）、化学限域（如缺陷捕获、配位锚定）等手段，实现了催化界面的定向调控（如界面的组成以及界面金属的尺寸），大幅度提升了材料的电催化性能。在此基础上，利用原位表征手段与理论计算的结合，深入地研究催化界面的反应机理，揭示了材料的构效关系，可以为电催化材料的理性设计提供一定的方法指导。具体研究方向如下：
1.电催化水分解
在众多的可再生清洁能源中，氢能因其具有高能量密度、零排放和储量丰富等优点受到了广泛关注，被认为是最具有发展潜力的新兴能源之一。电解水可以直接将电能转换成氢能，不产生环境污染物，是最理想的制氢技术。
2. 电催化二氧化碳还原
第二次工业革命以后，随着化石燃料（煤炭、石油、天然气）的大量使用，大气中的CO2浓度从1975年的约277 ppm增加到了2019年的415 ppm，这远远超出了350 ppm这一CO2额定的安全数值。随着化石燃料的过度开发利用以及环境污染的加剧，这一数字还将会继续攀升，预计到2100年会达到570 ppm3。电催化CO2还原技术，可利用大气中的温室气体CO2与可再生能源产生的富余电力，生产经济社会所需的碳基燃料（如乙醇、甲烷）和大宗化工品（如CO）。CO2电还原技术为开发新型可再生清洁能源及高效能源利用体系，同时解决当前气候变化与环境污染等问题提供了有效手段。
3. 电催化硝酸根还原
由于NO3-中N=O的键能仅为204 kJ mol-1，远低于N≡N键（941 kJ mol-1），而且NO3-易溶于水，因而电催化NO3-还原反应（NO3-RR）的反应动力学远高于NRR6。另外一方面，随着含氮化肥的过度使用以及工业、生活污水的大量排放，地表和地下水中的硝酸根（NO3-）含量不断升高，已经严重威胁到了人类的健康7。因此，电催化NO3-RR是一种“一举双得”的产氨途径，不仅可以在温和条件下高效地产氨，而且可以有效地解决NO3-所造成的环境污染问题。
