面向冶金、材料和化工过程所涉及的物质转化过程，运用现代物理化学手段开展物相变化和反应机理研究。探讨物相结构在有价元素提取和功能化合物制备过程中的演变规律，揭示活性位点的原子尺度分布规律及其在化学反应中的关键作用。

（1）矿相结构与绿色冶金。运用高能同步辐射、单晶衍射测定冶金矿的相结构组成，结合Rietveld精修和原子级分辨STEM等方法，确定有价元素和有害元素其在晶格中的化学占位以及同配位原子的化学成键状态，为选矿、有价元素提取和有害元素去除提供精准技术对策。

（2）材料制备反应过程。通过原位/离位同步辐射X射线衍射、PDF、原位环境球差电镜等手段，研究材料制备过程中所涉及的关键物相转化和结构演变过程机理，为新材料制备、钢铁生产等工艺优化、降本增效提供关键技术支撑。

（3）界面结构与高效催化反应。以传统石油化工中乙炔加氢、丙烷脱氢以及“双碳目标”下电解水制氢等为探针反应，利用原位吸收谱、球差电镜、红外、拉曼等手段研究催化反应中活性位点与吸附中间体的动态相互作用，并基于原子对分布函数（PDF）和反向蒙特卡洛（RMC）模拟相结合的方法从原子尺度揭示活性位点的三维空间分布和局域配位结构，为催化机理的深入理解和高性能催化剂的理性设计提供了重要的结构基础。

矿相反应过程和乙炔加氢反应机理示意图