材料表面的原子结构及其中的成分分布、化学键、电场分布等信息是材料的催化、电学等性能的根源。因此，需要在原子分辨的水平上清楚表征这些材料表面信息，再将它们与催化、电学等性能结合起来，才能阐明其间的内在关系、进而设计高性能材料。

本方向使用球差校正电子显微术的高分辨成像技术（包含高分辨透射电子显微技术和高分辨扫描透射电子显微技术，即HRTEM和HRSTEM）及其配套手段清楚表征材料的表面结构。例如下图中展示了球差校正HRSTEM及其能谱面扫技术对表面镀钯和铂的纳米多孔金的表面原子结构及其成分的表征。该工作阐明该类材料表面的钯、铂及其合金在金表面外延生长，都具备金的标准结构，这些结构能为催化提供高效高稳定的活性位。

本方向将综合利用上述球差校正电子显微术和能谱面扫、以及电荷表征技术、三维重构和原位电镜等手段揭示材料表面性能的底层结构根源，为设计新材料提供一定的科学建议。

代表性论文：

Nature Energy,2017, 2, 17111;Adv. Mater.,2018, 30, 1801152;Nano Res.,2018, 11, 1714;Phys. Rev. B,2018, 98, 045103;Nature Comm., 2019, 10, 234;Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 2321;Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201810175.