氢能源是一种极为优越的新能源，具有燃烧热值高（285.83 kJ/mol，为汽油的3倍）、燃烧无污染（产物为水）、资源丰富（可以由水制取）和应用范围广（高能燃料和氢燃料电池）等优点。因此，氢能源被看作是未来理想的洁净能源，有“未来石油”之称。

（1）光催化制氢

通过能带结构和异质结的合理设计，获得新型高效可见光响应光催化材料，实现太阳能光解水高效转换氢能源。探索光催化材料的结构-性能的内在规律；研究光催化过程中载流子迁移、电荷分离效率等对光催化制氢性能的调控作用。

（2）光电化学制氢

光电解水是在太阳光的照射和施加一定电压下，选用合适的催化剂，将水分解为氢气和氧气。光电解水催化剂不仅要具有电解水催化能力（低的电解水过电势，高的电流密度），同时需要具备良好的光激发能力（扩展光吸收范围和提高光转化效率）。通过半导体光电极能带结构的设计和光生载流子传输机制研究，构建多组分的异质结构光电极，获得高效光电解水性能。

（3）电解水制氢

电催化解水是一定电压下，选用合适的电催化剂，将水分子催化分解为氢气和氧气。这种制氢技术清洁无污染，引起了各国研究者的广泛兴趣。另一方面，电解水制氢技术将电能转化为可存储运输的氢能，是解决电能存储的一种重要并具有潜力的方式。如何降低电解水的能耗，制备高活性的电解水催化剂是使电解水制氢技术更加实用化必须解决的问题。

（4）质子交换膜燃料电池

质子交换膜膜燃料电池是利用水的电解的逆反应，工作时向负极供给燃料（氢），向正极供给氧化剂（空气），氢在负极分解成正离子H⁺和电子e^-，从而产生电能。目前Pt贵金属是性能最优的燃料电池催化剂，但价格昂贵和资源稀缺严重限制了其应用。开发制备低Pt或无Pt的金属基或碳基燃料电池电催化剂，调控电催化剂的微结构、元素组分和界面效应，提高非贵金属催化剂的催化活性和催化稳定性。