结合可再生能源发电的电解水制氢过程可以实现分布式、长周期的储能，是实现能源转型的重要途径之一。常规条件下的电解水制氢过程面临着电解能耗高、制氢效率低等问题。将阳极的析氧过程替换为有机物的电化学增值氧化过程，例如醇、醛类的选择性氧化，不仅可以提高制氢过程的整体经济性，还可以降低电解电压。 本研究围绕非常规条件下的电解水制氢耦合阳极电化学增值氧化过程开展研究，包括反应机理研究、兼具高活性与稳定性的电催化剂设计、新型电化学反应器设计等。

氮气（N₂）作为重要的氮资源，在合成氨及含氮化学品生产中具有重要意义。然而，由于N₂分子结构稳定，其活化过程存在能垒高、条件苛刻等问题。发展高效催化剂和绿色氮转化技术，对于实现低能耗、可持续化工过程具有重要意义。 本研究围绕双金属氮化物催化剂体系开展研究，通过催化剂结构调控与反应过程优化，探索N₂活化机制及高效转化路径，开发面向合成氨和有机含氮化合物合成的新型绿色催化过程。

全球塑料产量从1950年的150万吨增加到2018年的3.59亿吨。由于塑料的使用耐久性和耐分解性，废弃塑料在自然界完全降解需要200-500年。目前，废弃塑料已经造成了严重的环境污染和资源浪费。 我国现存废弃塑料约10亿吨，每年产生约6000万吨。而且数据显示，从化石原料出发，每生产一吨塑料排放CO₂约5.1吨；而从废弃塑料化学循环生产一吨塑料，仅排放约1吨CO₂。 因此，迫切需要发展经济、高效的废弃塑料资源化利用技术。本科研方向旨在研发废弃塑料转化和回收利用相关技术，涉及常规和非常规条件热解、催化热解等实验研究，构建分子水平动力学理论方法，并利用机器学习方法帮助理解大量研究数据中的规律。

N-乙烯基化合物是一类重要的高聚物单体，通常由前驱体和乙炔发生加成反应。 作为一类高端化学品，N-乙烯基吡咯烷酮聚合得到的聚乙烯基吡咯烷酮在医药领域应用广泛，是世界三大合成药物辅料之一，还可以用于血液渗析膜、人工玻璃体等高端医疗器械中；N-乙烯基咔唑是一种高端电子化学品，其聚合物聚乙烯基咔唑具有感光特性，可用于制备无需暗室操作的热塑全息照图片。 本研究基于高压液相乙炔法微反应过程技术，开发高效、绿色、安全的N-乙烯基化合物规模化生产工艺，涉及COSMO-RS模型结合机器学习的乙炔溶解度计算、均相催化机理、微通道反应过程技术与装备、微纳气泡技术以及多相微流体CFD模拟等。

在全球乙烯生产原料轻质化趋势下，乙烷催化氧化脱氢制乙烯过程被认为是最具吸引力的乙烯生产新技术之一。 其中MoVNbTeOx催化剂具有低温、高活性、高选择性的特点，是极具工业化潜力的催化剂之一。本课题深入研究MoVNbTeOx催化剂中M1纯相催化剂为基础的新型复合金属氧化物催化剂的制备、催化性能及协同机理。 同时探索不同气体氛围下低温等离子体对金属氧化物复合催化剂体系元素价态、物相组成、活性和选择性的影响规律，建立等离子体调控催化剂性能的方法体系，并研发微结构化反应器高效催化剂制备技术，实现高效乙烷氧化脱氢过程。

微流体技术是化学工程领域重要的前沿发展方向之一。 化工中的微流体技术基于装备小型化和过程连续化的思想，涉及微混合、微反应、微吸收、微萃取、微换热等微结构设备和单元，在精细化工、生物检测、医药、材料、能源、电子等领域具有广泛应用。 其中共性的关键科学问题是受限于百微米到毫米尺度内复杂多相流体力学、混合、传递和反应行为。 本研究围绕微化工领域复杂微流动问题，发展以格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method，LBM）为架构的介观尺度理论，揭示多相微流动规律、特性及调控方法，指导微化工技术的工业应用。