在氢能、燃料电池等能源转化过程中电催化剂面临着如下关键共性难题：贵金属电催化剂价格昂贵、廉价电催化剂催化活性不高、稳定性差等。为攻克这些难题，需解决以下三个关键科学问题：1) 低含量贵金属及非贵金属电活性位点和催化活性的高效调控；2) 催化活性的衰减机制及稳定性优化；3) 高性能廉价电催化剂设计的相关理论基础的建立。界面效应在调控电催化剂的表面电子态、电子传输、催化反应能垒、中间产物吸脱附等方面可发挥重要作用。基于界面效应，该成果实现了电催化剂活性位点、催化活性和稳定性的高效调控，建立了高性能廉价水分解电催化剂理性设计的相关理论基础。主要取得了如下重要进展：

   (1) 在金属电催化剂中，通过引入金属/合金界面，能有效拟制电催化剂的团聚，可优化电催化剂的表面电子态，促进电催化剂对反应物分子的吸附，并大幅提高电催化剂中活性组分零价态金属的含量，从而实现了电活性位点的高效调控。

   (2) 在具有高比表面积和不覆盖活性位点的情况下，提出了在金属羟基氧化物纳米管的管壁中引入金属中间层，形成“三明治”结构的金属羟基氧化物/金属/金属羟基氧化物复合纳米管电催化活性结构单元，利用金属/金属羟基氧化物界面可显著提高催化剂的电子传输能力，优化金属羟基氧化物的表面电子态，大幅降低催化反应能垒，降低催化反应过电位，从而实现了金属羟基氧化物对析氧反应电催化活性的高效调控。

   (3) 通过设计金属/导电高分子界面，优化金属电催化剂的表面电子态，促进电催化剂对反应物分子的吸附，降低催化反应的起峰电势，促进有毒中间产物的高效转化，并使电催化剂的组成和结构保持稳定，从而实现了金属电催化剂在高催化活性情况下的循环稳定性优化。

   (4) 基于上述不同界面效应对电活性位点、催化活性和稳定性高效调控的基本原理，通过在复合纳米管中设计金属氧化物/金属、金属羟基氧化物/金属氧化物、金属氢氧化物/导电高分子等异质界面，建立和发展了高性能廉价析氢和析氧电催化剂设计的相关理论基础。