能源化學是能源科學和化學科學這兩門主干學科與材料學、工程學、物理學、生物學、環境學、經濟學、管理學等多個學科交叉融合，進而形成的在能源學科下的一門二級學科，它主要利用化學的理論和方法來研究能量獲取、儲存、轉換及傳輸過程的規律和探索能源新技術的實現途徑。不論是在常規能源的綜合利用還是新能源的研究開發中，能源化學均擔當重任，為人類社會的可持續發展發揮巨大作用。
為實現我國能源化學領域的發展目標，結合重大理論問題、國際研究動向和國內現有研究基礎，未來10 年內能源化學學科將重點發展以下研究領域。
一、碳基能源化學領域
(1)甲烷活化與轉化：尋求可以獲得較高目標產物收率的甲烷催化轉化新途徑;注重開拓較為溫和反應條件下的甲烷催化轉化的新方法，發展光、電、熱催化反應耦合的新型催化體系;注重非常規方法的甲烷活化，探索使用不同氧化劑時甲烷的多種活化方式及極端反應條件下的反應方式，尋求高效反應途徑;**催化材料的設計與制備，不僅考慮甲烷在催化活性位上的活化，同時注重活性中心的微環境。
(2)生物質轉化：研究木質纖維素的結構、聚集態及其預處理和主要組分分離的新方法;研究纖維素、半纖維素直接催化轉化為單糖、多元醇等平臺化合物及其催化轉化制備液體燃料和化學品;研究木質素的綠色催化解聚以及芳烴和環烷烴等化合物的制備;面向木質纖維素高選擇性轉化催化劑和反應機理的基礎研究;將化學與生物轉化有機結合，發展木質纖維素高效轉化的新方法與新過程。
(3)合成氣催化轉化：汲取近年有關活性相尺寸效應、限域效應及助劑作用等方面的成果，引入介孔沸石分子篩、納米碳材料以及低維納米結構材料，發展核殼、限域等納米結構催化材料的合成方法，創制高活性高選擇性合成氣轉化催化劑;結合理論模擬和譜學表征研究，揭示反應條件下CO/CO2活化和C—C
偶聯機理，深入認識控制碳鏈增長的關鍵因素;構建多功能協同催化體系，有效利用反應耦合，開拓和發展合成氣轉化的新反應和新過程;反應器設計和反應過程強化方面的**。
(4)二氧化碳化學利用：二氧化碳催化活化轉化全方位的理論分析及分子模擬;二氧化碳轉化催化劑的新型制備方法;探尋二氧化碳負離子利用的潛在價值;探尋二氧化碳催化轉化新反應或新反應途徑;二氧化碳光催化轉化和光電催化轉化。
二、電能能源化學領域
(1)燃料電池：低鉑/
非鉑催化氧還原與氫(及生物質燃料)氧化過程，含催化材料與催化機理解析;新型抗自由基非氟固態電解質的分子設計與合成;高效能量轉換多孔電極界面行為與極化本質;高一致性電堆選控策略與機制、高可靠性系統集成技術;高燃料利用率的燃料電池水熱管理技術;開發新型儲氫材料及高效低成本的制氫技術。
(2)動力電池：高比能量材料體系研發;研究電極反應過程、反應動力學、界面調控等基礎科學問題;發展電極表界面的原位表征方法;開展基于全電池系統的電化學過程研究;促進鋰硫電池等新型金屬鋰電池體系研發成果的轉化。
(3)液流電池：高濃度、高穩定性電解質溶液的制備技術與工程化放大技術;高性能非氟離子傳導膜的工程化及產業化技術;高導電性、高活性電極雙極板的工程化及產業化技術;大容量、高功率密度液流電池電堆的研究開發;大規模(高功率、大容量)液流電池儲能電站技術的研究開發及商業化應用示范工程。
(4)儲能型鋰/ 鈉離子電池： 低成本、長壽命鋰/
鈉離子電池材料的研究;材料的表面結構與功能調控;電池性能演變過程的研究;電池**性機制與控制技術;快速電極反應過程機理的研究;鋰/
鈉離子電池的資源利用與環境保護。
(5)鉛酸和鉛碳電池：碳材料作用機理研究;負極析氫抑制技術的研究;碳材料的微觀結構設計與制備技術研究;電池結構設計與生產技術研究。
(6)鋰-
空氣電池：高穩定性、高催化活性正極材料的研究;不揮發高電化學穩定性電解液的研究;提高金屬鋰電極的界面穩定性的研究;高性能固體電解質隔膜與氧氣選擇透過技術的研究。
(7)全固態電池：發展具有高離子電導率和高環境應變性的離子導體等固體電解質體系，開展新型快離子導體材料的合成方法與電化學性能研究;開展界面物質間的化學和電化學相互作用及其反應機理和動力學的研究;發展全固態鋰電池制備技術的應用基礎研究。
(8)可穿戴柔性電池與微電子系統儲能器件：研發具有優異機械性能和良好電化學性能的電極材料和新型固態電解質;研發具有高的電子電導率和良好的機械性能的柔性集流體;研究強度高、柔韌性好的封裝材料;設計與電子系統適配的新型電池結構和封裝技術。
三、太陽能能源化學領域
(1)太陽能電池：發展結合第1～第3 代太陽能電池的新型疊層技術;第3 代太陽能電池技術的實用化。
(2)太陽能燃料：寬光譜半導體材料的開發與制備技術研究;光(電)催化分解水制氫的基礎研究與規模化;光(電)催化二氧化碳還原催化劑的設計合成;太陽能電池與電催化的結合;高效光電化學系統的界面工程。
(3)太陽能熱化學：太陽能熱化學燃料轉化;太陽能熱化學儲能;太陽能熱化學互補發電。
四、熱能能源化學領域
(1)燃燒化學：探究關鍵燃燒基元反應的微觀機制;開展燃燒反應中間產物的準確測量和模型的寬范圍驗證;建立液體和固體燃料燃燒反應動力學模型;深入研究燃燒污染物形成機理。
(2)化學鏈燃燒：氧載體的篩選及性能研究;化學鏈燃燒反應器的設計優化;化學鏈燃燒系統的拓展應用。
(3)高溫燃料電池：熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)材料基礎研究;固體氧化物燃料電池(SOFC)材料基礎研究;高溫燃料電池工程化應用示范研究;直接碳燃料電池(DCFC)的研究。
(4)高溫電解水蒸氣制氫：固體氧化物電池(SOEC)電極反應機理的研究;SOEC 電堆衰減機制研究;發展高溫原位表征手段;SOEC
新材料體系的研發和微觀結構優化;新型SOEC
電解池的研發;發展大規模系統集成技術以及與清潔能源的耦合技術，建立先進工程示范裝置;發展高溫共電解CO2/水蒸氣制備合成氣技術。
五、能源物理化學與能源材料化學領域
(1)能源表界面物理化學：能源表界面的熱力學/
動力學特性及結構調變電子態的規律;能源表界面結構的修飾和能源化學過程的調控;能源表界面的外場調控和能源化學過程的增強;能源物理化學過程的表征新技術;能源物理化學過程的理論研究新方法。
(2)能源化學理論問題：基礎計算方法的發展;新概念和新理論的提出;高通量篩選、大數據和計算信息學的融合發展。
(3)能源新材料制備：功能介孔材料的制備;金屬納米結構的制備;二維半導體材料的制備;復合納米結構的制備。
六、能源化學系統工程領域
(1)基于化學能源的(冷)熱電聯供：(冷)熱電聯供系統的優化配置與選型研究;(冷)熱電聯供系統的能量管理與運行策略研究;新技術在(冷)熱電聯供系統中的應用。
(2)煤基多聯產：多聯產系統化學能和物理能梯級利用的能量轉換機理研究;煤熱解分級轉化研究;煤、生物質氣化多聯產研究;煤基多聯產靈活系統(燃料、產品)設計。
(3)生物質氣化多聯產：生物質制氫與液體燃料合成技術;BGFC-GT
一體化技術;生物質與天然氣基及其互補的多聯產系統集成;靈活系統(燃料、產品)設計與聯產方案優化。
(4)換熱網絡：基于夾點分析、數學規劃、人工智能等技術的換熱網絡優化;基于夾點分析與數學規劃結合的換熱網絡優化;換熱網絡控制與工藝一體化設計。
(5)能源互聯網：不同類儲能系統的優化配置;能源互聯網核心單元的優化設計、協調調度和運行控制;多類型能源網絡的耦合與連接;基于大數據挖掘的優化設計和運行方案研究。
