能源危机与环境污染是人类可持续发展面临的重要挑战，开发可替代化石能源的可持续清洁能源已成为全球各国政府共同瞩目的焦点，“双碳”目标也已上升为我国的国家发展战略。在催化剂作用下，利用太阳能、风能产生的电能将水分解为氢气和氧气，或将二氧化碳还原为有用燃料和化工原料，是人类解决能源危机与环境污染，实现可持续发展的理想途径之一。其中，高效廉价光电催化分解水与二氧化碳还原催化剂的开发是实现上述目标的关键。

针对二氧化碳还原活化能高导致人工光合效率低的难题，研究院鲁统部教授团队首创性地提出双金属协同催化的学术理念，在国际上率先构筑了具有明确结构和协同催化作用的同核/异核双金属分子基均相催化体系（图1左）。这一创新显著降低了催化反应决速步的反应能垒，实现了催化活性数量级的提升。通过对构效关系的深入研究，团队阐明了双金属协同催化提高催化效率的微观机制，为双金属协同催化体系的理性设计奠定了坚实的理论基础。团队进一步将双金属协同催化从均相拓展到非均相催化体系（图1右），创建了双金属和双位点协同催化剂的可控合成方法，深入剖析了非均相催化剂的结构和催化活性之间的构效关系，有力推动了双金属协同催化体系的发展。研究成果在国内外期刊发表论文400余篇，其中在Nature Catalysis、Nature Synthesis、Nature Communications、Proceedings of the National Academy of Sciences、Science Advances、Journal of the American Chemical Society、Angewandte Chemie International Edition等期刊发表论文30余篇，获授权中国/国际发明专利36件，出版专著《人工光合作用催化剂》。

图1 分子基均相（左）和非均相（右）双金属协同催化剂