第一、利用清洁能源发电，进而将二氧化碳电解转化为高赋值化学品是重要的碳中和技术之一。开发高活性高稳定二氧化碳还原电催化剂，并构建长寿命膜电极器件，是二氧化碳电解技术的关键。博士生房文生构建了一种酸性电解质质子交换膜二氧化碳电解系统高效制备甲酸。避免了碱性电解液吸收降低二氧化碳利用率及碳酸盐沉积问题。通过回收废旧铅酸电池制备耐蚀铅基电催化剂，进一步优化器件结构，在酸性条件3.6 V槽压下可以实现20 A的电流，法拉第效率在90%以上，并能连续稳定运行5000 h以上。该二氧化碳电解反应器可实现40倍放大，有良好的经济可行性与工业化前景。该成果以第一作者发表在 Nature 上。

   第二、理性设计多组分协同的低成本、高活性氢电催化剂是实现“绿氢”从上游制取到末端应用的关键。因此，深入剖析催化反应机理和各组分之间的协同机制尤为重要。然而，氢原子的半径在10^-10米数量级，极小的尺寸使得其在电催化反应过程中的动态轨迹难以捕捉。赵桐辉博士创新性地提出以Pd作为研究模型，其独特的储氢行为可以使被吸收进入Pd晶格中的活性氢作为探针，灵敏地监测氢中间体在动态反应过程中的行动路径。之后借助在金属Pd表面修饰铂(Pt)壳层的方式，利用Pd@Pt核壳结构模型提出了一种新的动态晶格氢迁移机制用于理解氢电催化的微观反应路径。该成果以第一作者发表在 Angew. Chem. Int. Ed. 上。

   第三、可再生电力驱动的CO₂还原不仅有助于改善环境问题以及解决能源危机，而且还可实现碳平衡。然而，尽管具有很大的潜力，但CO₂还原仍然面临着还原产物的选择性和经济价值之间的权衡。硕士生梅国梁报道了一种电催化-热催化串联体系，能够使用电催化还原CO₂的阴极产物(CO)和阳极产物(O₂)，在热反应器中通过Pd(II)催化将芳基硼酸和有机胺转化为有机酰胺。六亚甲基四胺修饰的Ag和碱式碳酸镍能够高效率的电解CO₂和H₂O制备CO和O₂，法拉第效率分别高达99.3%和100%。六亚甲基四胺促进*CO₂加氢/*CO脱附，从而加速CO₂向CO的转化。在热催化体系中，O₂抑制Pd(II)催化剂的还原失活，促进氧化氨羰基化，从而有效地合成了10种有机酰胺，产率高达81%。该成果以第一作者发表在 Angew. Chem. Int. Ed. 上。