1. 电解水制氢（PEMWE/AWE）

质子交换膜水电解槽（PEMWE）和碱性水电解槽（AWE）是目前应用于工业化电解水的主要技术。其中，AWE技术最为成熟且不使用贵金属类材料，但它的缺点是产氢速率低，操作电压小。PEMWE的结构设计紧凑，瞬态灵活性强，操作电压可达到1 A cm^-2, 但其制造成本与维护成本均较高。因此，开发具有高活性、丰富稳定的表面反应位点的具有成本效益的OER/HER催化剂于降低水分解过程的能垒和降低所需的过电势尤为重要。此外，优化其他电解槽组件或电解槽设计也能够进一步提升电解水系统的整体性能。

2. 金属（Li/Na/K/Zn/Al）空气电池

金属空气电池由于其远超于现有电池体系的理论能量密度而受到广泛关注，然而对其的研究仍然处于早期阶段。现阶段的金属空气电池普遍存在电化学可逆性差、实际容量远低于理论容量等问题。因而针对氧还原/析出纳米催化剂的设计合成与形貌调控、柔性高离子电导率固态电解质的探索以及金属负极钝化/腐蚀机理研究与界面改性等方面进行探索与研究对推动金属空气电池的发展尤为重要。

3. 电化学CO₂还原

二氧化碳作为一种低成本且储量丰富的碳资源，可用于生产高价值的化学品或高能量密度的燃料。电催化二氧化碳还原（CO₂RR）可以利用电能在温和的条件下成功将二氧化碳转化成高价值的含碳化合物。这种方法可以充分实现能源的重复利用，构建一个可持续的碳循环系统。目前CO₂RR的研究重点主要集中在催化剂材料的设计与制备，通过对催化剂的形态调整、尺寸工程和合金化等途径，以提高CO₂RR动力学、选择性和稳定性。

4. 燃料电池

质子交换膜燃料电池（PEMFC）在电动汽车、固定发电站等领域具有广阔的应用前景。但燃料电池催化剂在工作时，会发生衰减，团聚、迁移、流失等问题，这些因素制约了其进一步的发展。本课题组着眼于燃料电池催化材料的成本降低和耐久性提升，基于对贵金属纳米材料的结构控制和耐酸载体的改性等措施，制备兼具高催化活性、低铂用量和优异的耐久性的氧还原催化剂以推动燃料电池的商业化。

5. 新型储能器件探索

为了实现CO₂转换并将化学能转化为电能，Li-CO₂电池作为一种高性能的能量转换装置引起研究人员的广泛关注。材料工程和形态控制是实现高性能Li-CO₂电池的有效方法。设计表面改性、锚定单原子或多种材料耦合形成异质结构等策略被提出产生协同结构以延长Li-CO₂电池的循环性能。同时，原位/非原位表征和理论计算用于阐明其相关反应机理。

6. 高性能锂/钠/钾/铝离子电池

电化学储能技术在能源高效使用和合理调配中发挥着重要作用。近十年，锂离子电池由于具有高比能、高效率与高综合性价比等优势，快速取代了铅蓄、钠硫电池，成为电化学储能领域的主流技术。未来，随着电极材料、电解液等关键技术的突破，高能量密度的锂离子电池以及钠/钾/铝离子电池产业都将欣欣向荣。目前在锂离子的研究中，探究电极反应动力学、开发高效低成本的电极材料和适配的电解液体系仍是当下研究的重点。