1. 表/界面催化反应机理研究

基于第一性原理并结合微观动力学计算，对汽车尾气排放物NO_x的消除机理以及新型高效的甲酸分解制氢催化剂的理论设计开展了系统的研究，揭示了催化剂表面上NO_x消除及甲酸分解的重要反应机理。在深入理解催化反应本质基础上，通过对催化剂组成、形貌及载体结构等方面的修饰和调整，开展了高性能催化剂特别是非贵金属和非金属复合催化材料的分子设计，揭示了催化材料组成-结构-性能的构效关系。

2. 新型二维材料的理性设计和性质调控研究

二维材料在多相催化、纳米电子学等领域具有重要的应用潜力。因此，开发新型二维材料具有重要的科学意义。我们基于第一性原理计算和自行开发的结构搜索程序，开展了低维碳/硼材料中结构-性质关系的研究，预测了多种结构稳定的新型二维半导体材料，提出了有效改善和调控二维材料电子性质和力学性能的新方法和思路。

3. 电催化氮气还原和二氧化碳还原机理及高性能电催化剂设计

电化学催化N₂/CO₂还原是利用可再生清洁电能实现可再生能源存储和碳循环的有效途径。高效电催化剂的研究与开发是发展NRR和CO₂RR电化学还原技术的核心和挑战。我们利用密度泛函理论计算方法设计了系列新型电催化剂，在分子水平上阐明电催化的反应机制，探索影响反应活性和选择性的因素，为实验合成“高稳定性、高选择性、低过电位”的催化剂提供基础理论依据。