1. 能源气体储存杂化材料  
       杂化材料是指包含有两种或两种以上在纳米或分子水平成份的复合材料。金属-有机多孔杂化材料可兼具金 属与有机材料的特点，从而在气体储存方面表现出优异的特性。研究内容主要包括有机多孔聚合物（POPs）和 金属有机框架（MOFs）的设计、合成及其气体储存与分离性能研究。  
      二茂铁基有机多孔聚合物：以二溴二茂铁或二茂铁二甲醛为链接构筑单元，以四官能团（氨基、炔基或溴 ）取代的芘、卟啉、四苯基乙烯、四苯基甲烷为中心构筑单元，通过Sonogashira、Yamamoto或Schiff反应制备 系列二茂铁基纳米多孔聚合物（Fc-NOPs）和系列二茂铁基共轭微孔聚合物（Fc-CMPs）。研究单体用量、反应 介质和反应条件等对产物孔结构的影响; 考察Fc-NOPs和Fc-CMPs对H₂和CH₄等能源气体的可逆储存性能; 探讨Fc -NOPs、Fc-CMPs的孔结构和二茂铁构筑单元对能源气体储存性能的影响，揭示其储存机理；计算产物对CH₄/CO₂ 的选择性吸附能力。  
      功能基修饰金属有机框架：设计并合成系列酰胺基、脲基或氨基等极性功能基桥连的高对称性多齿羧酸配 体，通过配体与金属离子或离子簇配位，构筑系列高孔隙率的酰胺基、脲基等极性功能基修饰的MOFs。研究MOFs对H₂和CH₄的可逆储存性能；考察不同的孔径、孔型以及极性桥连功能基和金属不饱和配位点等的引入对H₂和C H₄储存性能的影响、以及对CH₄/N₂、CH4/CO2分离性能的影响；探讨MOFs吸附H₂和CH₄等能源气体的微观机理， 揭示功能基修饰MOFs的孔洞结构与气体储存与分离性能间的构效关系。

2. 光热电能量高效转换材料  
      利用太阳能和工业废热转换成电能是解决能源问题的重要手段，而研制具有更低成本和更高效率的新型太 阳能电池和新型热电高效转换材料是实现能量大规模转换的前提。研究内容主要包括高效热电转换材料和光电 转换材料的设计、制备及其能量转换效率的研究。  
      热电转换材料：针对层状氧化物与二维过渡金属碳氮化物等热电材料、以及碟式太阳能吸热材料开展系统 理论基础与应用研究。理论方面，研究电子和声子的输运行为，计算热电材料的品质因子，研究表面与界面、 缺陷与掺杂以及应力对热电性能的调控机理和调控效果；实验方面，通过多场耦合制备技术，制备先进的BiCuX O (X= Se, Te)基层状氧化物以及二维过渡金属碳氮化物MXenes热电材料，探索成分、掺杂量、缺陷、原子结构 形态、材料尺度和异质结对材料热电性能的影响规律；应用方面，开展碟式太阳能发电系统吸热器材料、斯特 林热机吸热器多孔介质材料的应用研究。
      光电转换材料：开展系列低成本、高转换效率染料敏化太阳能电池的制备与应用研究。将芳胺作为电子给体，氰基乙酸作为电子受体，以芳香性共轭大π体系作为桥梁连接给体与受体，制备系列能级可调的有机染料 ；通过器件优化制备高效敏化电池，且通过计算模拟、以及分子结构优化筛选具有合适能级的染料分子；将非 芳香性共轭芳烃引入纯有机染料体系中，通过分子设计，在分子尺度对非芳香性染料体系进行定向合成；通过 计算模拟、材料设计以及表征测试等手段，探索自由基分子对电荷的传输、分离以及光电转换效率的影响，研究具有双自由基特征指数的自由基染料在敏化电池中的应用。

3. 先进电化学能源材料  
      开发具有更高能量密度的电化学材料组件可有效提升动力电池的续航里程、减轻电池自身重量，燃料电池 和锂电池各有优势，均在动力电池领域获得了应用。研究内容主要包括锂电池电极材料、燃料电池电催化材料 和掺杂CeO2固体电解质材料。  
      锂电池电极材料：锂离子电池新型正极材料的制备，考察三维导电网络结构、颗粒细化、形貌控制、掺杂 与碳包覆等对其电化学性能的影响；设计并制备用于锂硫电池的非极性碳-极性氮掺杂碳梯度基体，研究金属铜 与硫界面的化学键合调控硫正极的反应与缚硫机制，考察多孔镍基硫正极的原位生长及其电化学性能研究；制 备纳米LSCF/SDC复合阴极材料，揭示纳米结构复合阴极的动力学过程。
      燃料电池电催化材料：制备非贵金属类氧化还原反应新型电催化剂、非铂的新型钯类纳米电极材料，研究 其电催化活性与机理；研究电催化原位表征，理论模拟与计算复杂电化学过程与电子转移动力学；研究单层石 墨烯表面缺陷密度与电子转移速率常数之间的定量关系。  
      固体电解质材料：针对掺杂CeO₂固体电解质材料存在的问题，研究掺杂离子的种类及浓度对电解质晶粒及 晶界电导率的影响，考察在长时间运行条件下掺杂离子的扩散机制及对电解质离子电导率的影响，揭示电极与 电解质的界面在运行环境下微观结构的演化及对氧离子界面传导的影响。