光催化二氧化碳还原：随着社会的发展，二氧化碳过度排放引起的全球变暖正影响着自然环境。将二氧化碳进行转化不仅能缓解温室效应，还能将太阳能转化为化学能而缓解化石能源危机。光催化二氧化碳还原利用光能驱动二氧化碳与水的反应，具有绿色、经济等优点而被认为是二氧化碳还原的潜在方向之一，吸引了众多学者的关注。然而，光催化二氧化碳还原过程复杂、效率低下，极大的阻碍了该领域的发展。传统的光催化二氧化碳效率低下、选择性差的原因主要是由于以下几个方面，1）半导体对光的利用率低；2）光生电子-空穴对复合严重；3）二氧化碳和水在催化剂的表面反应效率低。本课题组针对以上瓶颈展开了系列研究以提高半导体催化剂光催化二氧化碳还原的活性及选择性，譬如我们通过表面修饰提高了二氧化碳在催化剂上的竞争吸附，促进动力学反应；通过设计双助催化剂体系，使得电子与空穴定向迁移发生氧化还原反应；研究了贵金属纳米粒子的尺寸效应对二氧化碳还原的影响及作用机理等。

光催化甲烷转化：甲烷储量丰富，因其可转化为高附加值的碳氢化合物而被认为是可替代石油能源的资源之一。同样，甲烷也是温室气体的一种，且其温室气体效应比二氧化碳更强，近年来甲烷的泄露情况也越来越严重。因此，无论是从环境角度还是能源角度来说，对甲烷进行转化都是非常重要的。传统热催化甲烷转化耗能巨大，容易导致产物选择性低及催化剂的积碳失活，而光催化利用光能驱动反应，可大大降低反应温度，实现绿色能源转化。光驱动甲烷催化转化反应中，对甲烷进行有效活化及提高产物的选择性和稳定性一直以来都是研究的难点，缺乏对反应机理的深入研究。本课题组针对以上问题展开研究，开发高效稳定的光催化剂，利用理论计算化学模拟来探究甲烷活化的内在机理。譬如我们通过调节催化剂的物理结构、化学组成及电子结构改良了催化剂的性能，结合DFT计算揭示了掺杂及负载对甲烷转化活性及选择性的影响，阐明了甲烷光催化活化的内在机理。