总体目标
可再生能源和新能源的利用和规模化推广，对优化能源结构，促进可持续发展具有深远意义。可再生能源和新能源相关技术的发展与进步有赖于研究者们对界面与表面上分子反应过程与能量转换机理的认识。本中心拟利用多种非线性光谱手段对燃料电池界面、太阳能电池界面与生物界面进行表征，理解其中的关键分子过程与机理，从而解决化学能转化，太阳能转化，生物能源转化等研究领域中的瓶颈问题。
研究手段
和频振动光谱是近二十多年发展起来的一种用于表征材料表面与界面的非线性光学手段，它与经典的红外/拉曼光谱相比，具有灵敏度高、表面选择性好等优点。和频振动光谱的信号对分子（或分子基团）的对称性和取向十分敏感，可以在分子水平(晶格水平)上的原位、实时地检测大部分有机分子振动和一部分晶格振动，可以应用于电极表面、催化剂表面、生物界面等体系的研究。
本实验室利用皮秒和频光谱系统、电化学工作站、表面张力仪等设备，对电化学新能源体系、生物能源体系中界面和表面上的分子结构变化、反应过程、中间反应物等进行表征，有望在分子水平上了解表面催化过程的反应机理、光电转化的作用机理，以提高燃料电池中的催化剂活性、太阳能电池、生物电池中的转换效率。
研究方向
1、化学能转化（燃料电池界面的催化过程与传质过程研究）
基于质子交换膜电解槽的氢氧燃料电池由于转换效率高受到广泛地关注，但由于使用了质子交换膜和铂电极, 价格昂贵，制约了其广泛使用。另一方面，液体甲醇（或乙醇）与氢气相比有便于携带和储存等优点，未来的应用前景有可能优于氢氧燃料电池。但是醇类燃料电池反应产生的甲酸、甲醛、一氧化碳等中间物容易导致催化剂中毒，长期使用容易导致产能效率的严重下降。基于和频振动光谱对催化剂表面反应机理的研究，开发新型无铂催化剂、低铂（低贵金属）催化剂或耐毒化催化剂，有利于燃料电池转化效率的提高和运行寿命的延长。
2、太阳能转化（太阳能电池界面的光电转换机理与光催化机理研究）
1）第三代太阳能电池具有高效率、低成本、长寿命、无毒性和高稳定性等优点，在未来的光伏市场中会有很好的发展前景。基于和频振动光谱对染料敏化太阳能电池中染料分子结构的表征，对钙钛矿太阳能电池中晶格振动结构的表征，可以从微观层面理解电池界面上的光电转换机理，以寻找提高转换效率的方法。
2）太阳能还原CO2、分解水是太阳能转化研究的另一重要方向。利用和频振动光谱对光催化过程进行研究，有望理解催化剂表面氧化还原过程的分子机理，为光敏催化剂的设计提供指导，提高光解水、光还原CO2的转化效率。
3、生物能源转化（ATP/GTP的产生、识别与传输机理研究）
利用酶或微生物从生物废料中获取三磷酸腺苷（Adenosine triphosphate, ATP）、三磷酸鸟苷（Guanosine Triphosphate，GTP）或醇类分子是生物能源研究的重要趋势。ATP与GTP作为细胞体内的能量载体也可以互相转化，参与许多生化反应，为蛋白质的生物合成、跨膜信号传导、离子泵运作等生命过程提供能量。利用和频振动光谱与四波混频光谱可以对细胞膜界面、生物传感器表面、生物燃料电池表面上ATP/GTP的产生、识别与传输机理进行研究，为人工细胞的构建、生物传感器的功能改进以及生物燃料电池效率的提升提供指导。
