（1） 发展原位表面化学技术用于多相催化研究
通过整合多种原位表征技术，包括原位红外、原位拉曼、NAP-XPS、原位XAS等，从多角度互补研究催化界面的真实结构和反应机制。与传统的非原位、离线表征技术相比，原位表征能够揭示出传统方法难以观测的信息，为研究领域提供全新视角。这些原位技术之间互为补充，能够提供全面的研究数据。
汤禹博士在仪器研发与操作方面具备丰富的经验，尤其是在近常压光电子能谱（NAP-XPS）领域具有较好的工作基础：（a）在仪器设计开发与搭建方面：在美国堪萨斯大学攻读博士学位期间，曾负责设计、安装并大量使用两套世界领先的近常压XPS（NAP-XPS）设备（仪器见Chem. Rev. 119 (12), 6822-6905的back cover）；2019年加入福州大学后，主持搭建了一套真空互联的NAP-XPS-STM系统。该系统耦连了近常压STM和近常压XPS。其中，近常压XPS可以在室温至1000°C，UHV至25 mbar的条件下进行原位催化研究；（b）在原位表征技术的理论发展方面，撰写了多篇关于NAP-XPS技术发展的评论与研究文章，发表于高水平学术期刊（如Sci. Chin. Chem., 2025, 2867–2891; JPCC, 126 (31), 13069-13087; Nat. Chem., 2016, 8, 902-903），并参与编写了专著《Springer Handbook of Advanced Catalyst Characterization》的相关章节（第17章）；（c）在原位表征技术在催化科学的基础研究中，不仅产出了一系列高质量原创成果，还与国内外同行广泛合作，为多种催化反应设计并执行原位表征实验，至今发表研究论文和合作论文130余篇，论文引用6000余次，H-index为35，在国内外具有一定的学术影响力。
（2） 催化界面的动态重构机制与原位演变行为
在多相催化研究中，反应气氛下催化剂的动态界面重构机制已成为核心科学命题。现有研究表明，温度、压力及反应物流速等工况参数通过改变表面化学势，可诱导催化剂发生原子尺度结构演化——这种动态过程具有双重效应：一方面可能形成高活性的亚稳态表界面结构（如活性团簇，Nat. Catal., 2022, 5, 119-127; ACS Catal., 2024, 14, 24, 18679–18689；金属-载体强相互作用界面，Adv. Mater., 2021, 33, 202101536），另一方面也可能引发活性组分迁移、团聚甚至相变失活（ACS Catal., 14 (2024) 11845-11856; J Catal., 437 (2024) 115647; J Catal., 435 (2024) 115545; J Catal., 427 (2023) 115094）。因此，解析催化界面动态重构规律不仅能够揭示真实活性位点的形成与失活机制，更能为"抗烧结-自修复"智能催化剂的设计提供理论指导。通过原位表征技术捕捉动态演化路径，结合理论计算建立"化学势-结构演化-催化性能"的定量模型，将推动多相催化从经验试错向理性设计的范式转变，这对开发高稳定性工业催化剂具有重要科学价值与工程意义。
（3） 甲烷和生物质分子的“双活性位点协同催化” 机制与催化过程的 “绿色化” 设计
多相催化领域的核心挑战之一在于如何精准调控活性位点的原子尺度结构以实现低温高效反应。传统单原子催化剂虽具有高原子利用率，但单一活性位点往往难以独立完成复杂反应的多步骤活化过程，导致催化路径受限、能垒过高。在催化剂的功能设计与性能构筑方面，提出“双活性位点协同催化”机制，通过耦合不同功能的催化活性位，有效降低催化反应所需要的温度，设计高活性、高稳定性的催化剂，在低碳烷烃和生物质分子转化中实现催化剂设计的“绿色化”。这一策略的关键在于：1）异质金属位点的吸附-反应行为互补性（J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 47, 32366–32382; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 7283-7293; Nat. Energ., 2018, 3, 1042-1050）；2）催化活性位的空间邻近效应调控吸附构型、氢溢流等动态过程（Appl. Catal. B, 341 (2024) 123244; ACS Catal., 14 (2024) 703-717）；3）载体介导的EMSI、电荷传递与配位环境调控（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 40, 16566–16579; Chin. J Catal., 74 (2025) 191–201; J Catal., 429 (2024) 115245）。此外，二维材料与沸石限域环境为稳定双活性位点、抑制烧结提供了理想平台（Nat. Commun. 16 (1), 2861; Nat. Commun., 9 (2018) 1231）。研究围绕 “双活性位点协同催化” 这一核心命题，系统探索了不同金属组合与载体体系的协同机制，揭示了原子尺度分工协作对含有C-H/C-O键的能源分子进行低温高效催化中决定性作用。