为呼应广大纳税人对公共财政支持的研发活动所取得研究成果的关切，推进项目研究成果的宣传与共享，本项目（重点项目21733004）根据研究情况提供项目成果科普性介绍。
项目依托单位和合作单位依据项目计划书中指定的研究计划，针对Pt、Pd催化剂上的有机小分子（SOMs）(电)催化反应，从分析催化反应机理、实现催化剂理性合成、验证催化剂构效关系三个层面开展了研究工作。项目组发展、应用了多种先进的原位和在线谱学技术，如电化学原位表面增强红外光谱（ATR-SEIRAS）、X射线吸收精细结构谱（XAFS）、在线差分电化学质谱（DEMS）、单分子荧光技术，结合密度泛函理论（DFT）对反应历程的计算，更新了模型催化剂上的SOMs (电)催化反应机理。在此新认识基础上，项目组提炼了催化剂理性设计的原则，以调变元素组成、控制形貌结构、改性载体材料为手段，设计合成了多种实用型SOMs（电）催化剂，并且对上述新型催化剂进行结构表征和性能测试，验证了催化剂构效关系的普适性和有效性，进一步完善了反应机理和催化剂设计原则。此外，项目针对与SOMs电催化氧化相匹配的氧还原电催化及SOMs电氧化产物CO2的还原电催化，增加了拓展性研究内容。
本项目组工作聚焦于实用型SOMs（电）催化剂的理性设计合成，以实现SOMs中储存的氢能向电能的高效转化为目标。为此，针对“甲酸-二氧化碳”产氢储氢对、直接SOMs燃料电池等能源转化和存储体系中涉及到的（电）催化反应开展了互动式研究：一方面，研究模型催化体系反应机理和构效关系，提出有效的催化剂合成原则，据此合成新型催化剂；另一方面，研究新型催化剂构效关系和界面电化学，更新迭代对反应机理和催化剂设计策略的认识。研究内容大致可以分为三个层次。
1.模型催化剂上相关催化反应机理的研究。结合ATR-SEIRAS、DEMS、单分子荧光和理论计算等手段，从微观层次多角度破解SOMs（电）催化反应过程，重点关注模型催化剂上的催化反应过程，厘清相关反应中间体与产物随电位、时间等的变化过程及其在反应中所扮演的角色，阐明粒径与晶面效应对催化反应的影响，从分子水平上给出组成与结构明确的催化剂与性能之间的构效关系。
2.机理指导下的实用型催化剂设计与合成。在深入剖析模型催化剂上相关催化反应机理的基础上，理性设计与合成了一系列针对SOMs（电）催化及相关反应的新型高效催化剂，并研究了表面修饰、合金化、掺杂、复合结构和核壳结构等对（电）催化性能的影响。
3.针对新型催化剂的构效关系研究。以新型复合催化剂、核壳催化剂等为对象，结合详细的材料组成与结构表征和对反应历程的原位谱学研究，建立（电）催化性能-表界面组成与结构-表界面化学的构效关系，为精准设计新型高效催化剂提供指导，实现催化材料和催化机制之间的“互动式”研究。
