一、新型碳材料的制备
多孔炭材料（活性炭和石墨烯）是工业中应用最为广泛的基础材料。课题组围绕目标导向的多孔炭材料制备，致力于开发低温法多孔碳制备技术，获得了具有高比表面积、杂原子掺杂的多孔碳材料；重点关注孔径分布集中的多孔炭材料制备技术及气体吸附分离机制。近期我们在本领域的主要研究内容和成果为：1）开发了相对低温条件下高效制孔的新策略，实现低温制备超高比表面积多孔炭；2）开发了制备均一孔径生物质基多孔炭的新策略，实现气体吸附分离选择性显著提升；3）开发了无溶剂法制备高分子炭的新策略，实现高分子基多孔炭产率大幅提升。此外，通过调控多孔炭的表面化学性质，实现目标导向炭材料的定制。
二、气体分离吸附（低碳烃吸附分离、沼气提浓、低浓度有害气体捕集）
气体分子的分离是获得高纯气体的前提，传统采用溶剂萃取或深冷精馏工艺分离，然而过程能耗高，环境污染严重。吸附分离作为一种低能耗分离手段，已成为具有前景的气体分离纯化替代技术。本课题组围绕结构及性质相似气体分子的分离，致力于开发具合适孔尺寸及特异性识别位点的吸附剂。近期我们在本领域的主要研究内容和成果为：1）利用网格化学设计和制备新型金属−有机框架材料（MOFs），开发了柔性−刚性兼具的MOFs材料用于C2H2/C2H4高效吸附分离。2）通过孔工程对金属−有机框架（MOFs）材料孔结构和孔尺寸进行精准调控,实现乙炔/二氧化碳高效分离;3）创制了多种新颖的生物质基多孔炭材料制备策略，实现低碳烃的吸附分离及从低浓度的煤层气中回收甲烷；4）开发了后修饰策略，通过在MOFs孔道中固载氨基酸，实现了痕量SO2的脱除。5）构筑多重作用位点MOFs，实现从C2烃混合物中一步分离纯化乙烯；5）构筑孔表面具有丰富极性位点的MOFs、设计MOFs孔结构提升限域效应，实现Xe/Kr的高效吸附分离。
三、储能材料设计制备（锂硫电池、超级电容器）
锂硫电池是以金属锂为负极，单质硫或硫基复合材料为正极的二次电池，具有极高的理论容量（1672 mAh/g，基于硫单质）和能量密度（2600 Wh/kg，基于锂-硫化学电对），是目前最有研究价值的二次电池体系之一。但是，单质硫及其放电产物的绝缘性及反应过程中的穿梭效应导致活性物质的利用率低倍率性能差、循环寿命短，从而限制了锂硫电池的商业化应用。课题组聚焦于储能材料设计制备（锂硫电池、超级电容器），单质硫或硫基复合材料为正极的二次电池，研发具有强穿梭效应抑制能力的硫正极载体材料。在以上领域，本课题组和赣锋锂业集团建立了长期科研合作关系。近期我们在本领域主要研究内容和成果为：1）构筑了形貌规整的中空碳复合材料，并构建了高效的多硫化物吸附-催化界面实现高倍率长循环的锂硫电池；2）构筑了基于LDH的纳米阵列电极并成功实现了LDH表面的功能调控，实现高性能电池型超级电容器材料。
四、污染气体催化转化
大量人为CO2排放导致大气中CO2浓度急剧上升，引发严重的温室效应，而CO2捕获及利用（CCU）是应对全球变暖的重要策略。CO2同时也是丰富的C1资源，通过催化过程将其转化为化学品具有十分重要的意义。近年来，课题组围绕二氧化碳电化学还原开展了系列研究工作，通过暴露特定的晶面策略、制备碳材料负载的金属纳米粒催化剂、构筑复合催化材料等，将CO2高选择性还原为甲酸。此外，通过表面调控、疏水碳材料负载等策略，构筑了选择性N2还原（NRR）电化学催化剂，在NRR制备氨（NH3）的反应中获得了高法拉第效率。
五、MOFs材料催化医药化工中间体制备
金属-有机框架（MOFs）材料具有可设计性强、孔道结构规整、比表面积大、易于功能化等优点，在催化、气体吸附分离、传感等领域具有巨大的应用潜力。我们课题组聚焦于功能化MOFs的设计制备及催化应用，主要研究方向与成果：1）利用直接制备及后修饰策略构筑手性MOFs，实现手性有机小分子催化剂的非均相化，克服均相催化剂易团聚失活、难以回收利用的瓶颈；2）制备具有孤立催化位点的MOFs材料，催化烯烃选择性氧化反应、氢化反反应及惰性C-H键活化；3）构筑MOFs复合材料，利用多位点协同作用，催化多步串联反应，实现医药化工中间体的经济、高效、高选择性制备。4）采用原位魔角旋转核磁共振技术对气-液-固多相催化反应进行原位表征，研究MOFs多相催化反应机理，为催化材料的理性设计提供指导。
