在严峻的环境污染和气候变化压力下，中国煤炭转型是当前能源领域关注的热点话题之一，热催化和电催化技术的迅速发展为煤炭资源的清洁高效利用提供了一种新途径，旨在实现煤炭资源的价值增效和煤炭行业的可持续发展。

生物质能被称为“零碳”能源，加快生物质能等可再生能源发展，是落实“双碳”目标的重要途径。我室主要围绕生物质能源化工方向，开展以生物与化学协同转化、面向工业应用为主要特色的生物质定向催化研究，致力于从低品位生物质资源出发制备生物液体燃料及重要化学品。目前，本团队通过探索催化剂、反应工艺及装备的协同创新，实现了生物质资源中化学键的可控断裂及生长，获得特定产品；通过探索并阐明生物基分子在典型催化剂上的催化反应特性，在生物质资源特性导向催化材料创制、生物质定向转化制芳烃及航空燃料等方面取得了具有特色的学术成果，完成了生物质制芳烃、生物质炼制航空燃料和生物油与重油共裂化等过程的中试示范并推进其工业化。

煤炭的主要元素为碳（82~93%），而功能碳材料作为电催化剂具有非常大优势，我室围绕碳基电催化剂的设计与构筑展开了大量系统的研究，比如针对元素掺杂策略，我室提出杂原子一元掺杂技术制备富活性位点的石墨烯(Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 3587-3595; J. Mater. Chem. A, 2017, 5, 2280-2287; Nano Energy, 2018, 54, 138-147;等)，而二元掺杂可产生额外的活性位点，并协同调控sp²碳网络的原子、电子结构，提高碳材料的本征催化活性，我室提出了提出氮、硒掺杂多孔碳对I^-/I^3-氧化还原的协同催化机制，实现了光生载流子在染料敏化电池内部的快速转换与传输(ACS Catalysis, 2023, 2, 1290–1298)。同时，传统煤炭工艺会产生大量CO₂，电催化技术有利于促进CO₂的还原和高附加值转换，比如我室通过一种简单的碳化耦合氧化策略，实现氧调节的镍基单原子催化剂加速电催化CO₂还原反应(Adv. Funct. Mater., 2023, 33, 2208622.)；通过构筑一种负载铜的串联CNT催化剂，实现了高效的CO₂捕集并选择转化性为CH₄(Chem. Eng. J., 2023, 470, 144083)。尽管煤制氢依然为主要的氢能来源，但是杂化电解生产绿色氢能才是最具可持续性且真正无碳的选择，我室通过调控分布在碳纤维上泡沫铜的微观结构和表面价态，实现了电解制氢耦合苯甲醇氧化(SmartMat. 2023, e1206.)。对于煤制氢的下游产业煤制氨，传统工艺不仅存在能量效率偏低，还排放大量温室气体，而绿氨经由电催化含氮物质的氧化还原产生，工艺接近零碳，为此我室通过提出铜纳米颗粒驱动的氧气等离子体辅助氮气氧化和硝酸根还原过程，实现了直接在空气和水条件下的高效绿色制氨(J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 23, 10193–10200)。