本项目属于化学学科电化学领域。传统电化学主要通过测定表观电流、电位、时间的相互关系来推测电化学反应机理，其最大缺点是无法提供反应产物和中间体的结构信息。电化学表面增强红外光谱因灵敏度高、选律简单而成为表征电极/电解液界面化学结构的一种非常重要的原位方法。另一方面，电催化研究是实现电化学能源存储和转换的关键，如何从分子水平上揭示复杂的反应机制和构效关系是一大挑战。该谱学方法曾存在着技术瓶颈，严重制约了其在电催化机理和材料研究中的应用。对此，本项目拓展了电化学表面增强红外光谱方法，研究了有机燃料小分子电催化反应，指导合成了新型高效电催化剂，为原位谱学方法和电催化的发展做出了重要贡献。主要成果如下：1、建立了多电极、宽频率、高灵敏的电化学表面增强红外光谱系统。针对国际上该谱学方法所面临的电极种类少、制备难、重现性差、检测频率窄等问题，发展了电/化学沉积法构建稳定性好、电化学性能和红外增强效应优异的铂族、铁族、币族金属及其合金等一系列金属薄膜电极；设计了复合红外窗口，拓宽了光谱范围，提升了吸附物种构型和反应中间体的检测灵敏度，为从分子水平认识电化学反应机理奠定了基础。2、系统阐明了有机小分子直接燃料电池阳极电催化反应机制。利用电化学内、外反射模式红外光谱实验，结合同位素标记和量子化学理论计算：揭示了Pd电极上甲酸电催化产物CO2在Pd-H表面的再还原是导致毒物CO累积的主要原因；提出了碱性条件下吸附态乙酰是Pd上乙醇电氧化碳一和碳二分子反应路径的枢纽中间体; 发现了碱性条件下Pd上甲醇电氧化过程中，弱吸附的甲酸根是活性中间体。3、设计和创制了一系列高性能燃料电池阳极电催化剂。基于电化学增强红外光谱学和反应机理研究，进一步关联电催化剂组成、性能和界面化学性质，设计和合成了多种新型高效的Pd和Pt基电催化剂：制备出掺硼的Pd基电催化剂，对甲酸电氧化和化学制氢具有优异的催化活性和稳定性；构建了超低Pt含量的Pd-Pt合金以及Pt原子簇点缀的多孔纳米Au膜电催化剂，显著提升了电氧化甲酸的效率。项目共发表了SCI论文65篇，授权发明专利20项。8篇代表作发表在 JACS、AM等期刊上，SCI他引649次。研究工作被“自然·中国”、《高速发展的中国化学1982-2012》等亮点报道，一篇代表作入选ACS Editors' Choice。第一完成人应邀在PCCP、Catalysts等国际知名刊物上撰写前瞻和评述文章，应邀分别为《电催化》和《谱学电化学》科技著作撰写专章，应邀成为IUPAC相关项目的全球主要合作伙伴；入选RSC Top 1% 高被引中国作者；在国际重要学术会议上作特邀报告20次；主持国家重大研究计划子课题、国家自然科学重点、面上基金等共16项；组织了3次国际性和3次全国性电化学会议；指导学生分获第十、十五届挑战杯全国总决赛特、一等奖。