能源危机与环境污染是人类可持续发展面临的重要挑战，开发可替代化石的新型可持续清洁能源已引起各国政府的广泛关注，双碳目标也已上升为中国的国家发展战略。在催化剂作用下，利用太阳能或由太阳能、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选择。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。

研究内容包括均相与非均相催化剂。在分子基均相催化剂研究方面，发现双核金属配合物光、电催化二氧化碳还原的催化活性远高于相应的单核金属配合物，并提出双核金属协同催化的概念。通过对催化剂的结构、催化活性、催化反应过渡态的研究，结合量化计算，深入了解分子基均相催化剂的催化反应过程与催化反应机理，研究催化剂的分子结构与其催化活性之间的构效关系。通过结构设计与优化，提高分子基均相催化剂光电催化水分解及二氧化碳还原的催化活性，为高效光电催化水分解及二氧化碳还原催化剂的开发提供理论指导。

图1：双核钴（左）及双核镍（右）分子催化剂协同光、电催化二氧化碳还原

在非均相催化剂研究方面，发展了基于配位化学的单原子催化活性中心结构的精准调控方法，通过催化剂晶面控制精准构筑了具有双金属协同催化作用的新型催化剂，通过限域效应实现催化/光敏中心空间上的直接接触与协同催化，显著提升了催化剂的催化反应活性，结合量化计算和分子基均相催化剂的催化反应机理，推测非均相催化剂的反应活性位与反应动力学，深刻认识了非均相催化剂的结构和催化活性之间的构效关系。

图2：（左）石墨炔负载的单原子Pt催化剂电催化制氢催化活性与商业Pt/C催化活性的比较;（右）利用MOF限域空间实现催化/光敏中心空间上的直接接触与协同催化，获得以水做还原剂实现人工光合作用还原二氧化碳的最高产量。