应用化学重点实验室以应用化学学术梯队建设为核心，以应用化学研究所和化学专业各实验室为载体，确立了食品与农产品安全检测技术研究、功能聚合物材料的制备及其性能研究及药物有效成分提取及药物载体制备技术研究等多个研究方向。
方向一、食品与农产品安全检测技术研究
创新团队计划采用绿色溶剂--离子液体代替传统有机溶剂，以离子液体-分散液相微萃取技术在农药残留分析的应用研究，提高分析的准确性、缩短分析时间，是当前样品前处理技术研究的热点。同时，采用新纳米材料多壁碳纳米管替代传统的C18、弗罗里硅土等净化填料，降低分析成本和提高净化效果。利用改进QuEChERS处理方法，对农兽药残留进行快速分析，提高分析速度。利用分析物的化学、物理性质，对食品与农产品中违法添加物实现快速分析，为现场检测提供技术支持。该项研究工作将为保障食品与农产品质量安全提供技术支持，促进我国食品与农产品更快地走向国际市场，降低分析成本。准确、快速、灵敏度高、重现性好的快速检测方法是保证食品安全的必要手段。
方向二、功能聚合物材料的制备及其性能研究（一）
苯并咪唑-5，6-二羧酸是一种重要的药物合成中间体，在医药、农药等行业 有广泛的应用。例如，可用于生产止痛药、抗癌药、抗真菌药和低血糖治疗药，也可用于制备治疗生理紊乱的药物，模拟天然超氧化物歧化酶(SOD)的活性部位，研究酶的生物活性等。该类金属配位聚合物具有止痛和抗菌等性能，文献报道多侧重于其作为医药中间体的合成和制备，在配位化学领域研究的不多，我们相信它是一个良好的有机配体，有进一步研究的价值和可行性，因此。探索该类金属配位聚合物功能材料的具有一定的实践意义和创新性。
方向三、功能聚合物材料的制备及其性能研究（二）
该课题任务是制备一种具有优异机械力学性能，同时兼具耐酸碱腐蚀性、热稳定性和耐磨性的高效光热转换复合材料，该复合材料与后加工制备技术兼容，可以制成所需形状和尺寸的薄膜、片材和板材，作为太阳能集热材料广泛用于在太阳能热能收集器器件和光吸收涂层。主要应用前景描述如下：
a、智慧型零能源建筑材料-聚能瓦板
在建筑被动式节能设计基础上，高效、低成本的新型太阳能建筑复合材料开发是零能源建筑规模化应用的关键助力，否则零能源建筑只能由于成本过高而成为“供人观赏的样板”。课题拟开发的MWNTs功能化接枝改性PVC复合材料具备易加工成型、保温、低成本等特点，同时具有高效的太阳能集热效能。该材料衍生的新能源产品-聚能瓦板作为智慧型零能源建筑材料，可使建筑物外体整体作为太阳能的吸收体，在不占用额外空间，不影响美观的条件下最大程度利用太阳能，通过太阳能集热发电、采暖、制冷，结合供风系统自动控制室内温度，做到不消耗常规能源，正真做到零能源建筑，使建设成本和运维能耗得到控制。该技术符合国家节能建筑、绿色建筑、生态建筑、可持续性和低碳理念。MWNTs功能化接枝改性PVC复合材料开发完成，并成功应用于零能源建筑，可实现建筑能耗的大幅降低，一方面建设能耗降低50%以上，运维能耗降低80%以上。
b、特殊用途工程管道-聚能管
该材料衍生的另一产品-聚能管可在光照条件下对管内介质快速加热，充分利用介质的热能，解决特殊工业工程问题。例如：寒冷地区石油管道输送过程中，低温会增加石油黏度，降低输送效率，增加泵送设备数量，严重情况下还会造成管道阻塞，造成事故。利用聚能管输送石油可以充分利用光照迅速提高输送介质温度，降低石油黏度，有效提高输送效率，减少泵送设备和辅助加热设备投入，同时避免管道阻塞，防止事故发生。
c、光吸收涂层
PVC基体本身具有优良的防腐和涂布性能，因此课题所开发的MWNTs功能化接枝改性PVC复合材料除了具有光吸收性能外，也具有优异的防腐和涂布性。MWNTs功能化接枝改性PVC复合材料可作为光吸收涂层对器件进行涂布，成型特殊的光热器件。
方向四、药物有效成分提取及药物载体制备技术研究
本研究对天然药物的中药活性成分进行提取和分析，并对脂溶性药物进行脂质体包裹使只能口服药物变成水溶性制剂；另外利用脂质体的靶向性，对副作用大的药物进行脂质体包覆，降低其药物的副作用和提高利用率。
方向五、有机合成方法学研究
该研究主要进行C-H键和C-O键的活化官能团化反应研究。
后过渡金属（如Pd、Cu、Fe等）催化剂在C-H 键与烯烃、炔烃、亚胺、二氧化碳及卡宾类化合物的加成反应中具有非常广泛的应用。这些反应中，C-H键的活化需要各种特殊的导向基团，并且反应条件比较复杂。采用新型碱金属后过渡金属桥联复合盐配合物为催化剂，深入研究C(sp3)-H或者C(sp2)-H键与烯烃、炔烃、亚胺、碳二亚胺、异氰酸酯、二氧化碳、二硫化碳及重氮、腙、叶立德等不饱和化合物的加成反应，从而实现新型的C-H键官能团化反应。碱金属后过渡金属复合盐配合物中的碱金属部分通过去质子化实现 C-H 键底物的活化，后过渡金属部分与官能团化试剂配位，两种金属协同作用实现 C-H 键的活化官能团化反应。 因此含 C-H 键底物中不需要存在特殊导向基团，所需反应条件也更加简单。
卤代物作为亲电试剂参与的金属催化的交叉偶联反应已经广泛应用在有机合成的各个领域，并且取得了巨大成功。但是卤代物具有种类少、卤化废物污染严重等缺点。C-O亲电试剂作为卤代物的替代物在金属催化的交叉偶联反应中得到了大量应用。从基础有机化学书中知识点“醚在质子酸中经氧鎓正离子中间体可以发生C-O断裂反应”得到启发，拟利用质子酸促进烷基醚C-O键的断裂，并与特定亲核试剂反应，实现C-O键的断裂官能化反应。
方向六、新型团簇设计和应用的理论研究
该研究使用从头算法(ab initio calculation)和密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)方法，结合分子轨道理论与现代化学键理论，对超碱金属团簇研究中的分子设计、磁性控制和应用前景进行研究。将过渡金属引入已有的超碱金属团簇中，通过改造现有的超碱金属获得磁性超碱金属团簇；基于过渡金属和不同配体组装来设计超碱金属团簇，进一步拓展磁性超碱金属的设计思路。这一新思路将超碱金属团簇与磁性结合起来，将会极大拓展超碱金属的应用前景。计划使用稳定团簇作为药物载体，设计新型的团簇载药体系。计算团簇与药物分子（替莫唑胺等）之间的作用方式和作用强度，得到稳定团簇载药体系；使用溶剂化模型研究不同溶剂下载药体系的性质。结合团簇自身几何结构、电子结构、组成等特点，使用合适的推拉电子基团对团簇载体进行修饰，优化团簇载体的载药性能。通过分子动力学模拟，考察水溶剂下pH值对团簇载体与药物分子之间相互作用的影响。探究团簇载药的可行性方案，发挥理论研究的前瞻性，为团簇载药应用方面的实验研究提供理论依据。
方向七、金属复合材料的设计、合成和性能的研究（魏珍）
金属硫化物因具有独特的结构和物理化学性质而被广泛应用于光电催化、太阳能电池以及发光器件等领域。研究发现金属硫化物的禁带宽度较小，对可见光响应能力强，但不足之处是它很容易发生光腐蚀，使用寿命短，光催化反应过程中重金属离子易溶出，对环境有极高的毒性，限制其广泛应用。为了提高金属硫化物的催化活性，通过不同合成方法设计合成金属硫化物-金属含氧酸盐复合材料，采用不同的测试手段对复合材料的结构、形貌、元素价态、热稳定性，荧光等进行分析，研究复合材料绿色环保光催化降解有机污染物和水等性能，并对光催化反应过程进行动力学分析，阐明其制备工艺—复合催化剂的结构—光催化性能之间的内在关系，提高复合催化材料降解效率、稳定性、重复循环使用性能，解决复合材料抗腐性能差，提高其可回收利用性能，制备工艺单一等问题，用绿色环保方式清除有机污染物和制备清洁无污染的氢能，为解决我国能源和环境问题作出贡献。
方向八、过渡金属碳化物或生物炭基复合材料的制备及在环境污染治理方面的应用研究
该研究以过渡金属碳化物或者生物质炭为基底制备高效稳定、绿色环保的复合材料，并应用于水环境污染治理方面。本团队利用复合材料的高吸附性去除水中的重金属离子、有机农药，富集贵金属等污染物，通过形貌结构、吸附动力学、吸附热力学的研究、探讨污染物的去除机理，为实际应用提供理论依据。
方向九、能源及二氧化碳催化转化利用
该研究主要进行各类催化剂和工艺研究，主要包括：化石能源煤的催化转化利用：基于我国富煤少油缺气的能源结构，利用煤直接液化和煤催化气化分别转化为石油和天然气，从而缓解对油气的依赖。在Fe、Co、Ni等催化剂和氢气的作用下，煤通过加氢裂化转变为液体燃料，如汽油、柴油等。在碱金属或碱土金属的催化下，煤与氧化剂（如空气、氧气或水蒸气）在高温下反应，生成一氧化碳、氢气等可燃气体。有助于实现煤炭的清洁利用。可再生能源制氢催化转化利用：在“双碳”目标的大背景下，氢气作为一种清洁、高效的能源，成为减碳、降碳的关键，其中可再生能源制备氢气（绿氢）成为优选。主要研究生物质和城市生活垃圾热解气化制氢及PEM电解水催化制氢。通过开发生物质和生活垃圾制氢催化剂和工艺优化，实现可再生能源制氢；开发高效、廉价的PEM电解水制氢催化剂，通过可再生能源发的电电解水制氢，获得绿氢。二氧化碳催化转化利用：研究Cu-Zn-Al和Cu-Zn-Zr体系催化剂，优化配方，提升二氧化碳温和热催化转化为甲醇的活性和选择性；研究贵金属类催化剂，开发高效低廉的电催化剂，提高二氧化碳电催化转化为高附加值化学品的活性。最终实现能源的清洁、高效、低碳利用，促进可持续发展。
方向十、分子动力学方法探究关键镧锕离子的溶液动力学
该研究采用分子动力学计算模拟的方法模拟不同配体和关键镧锕离子在水溶液中的溶液动力学。配体种类主要是次磷酸类配体和羟基吡啶类配体，一是通过分子动力学方法揭示萃取分离镧锕的微观机制，为设计和优化萃取剂提供理论基础。二是通过分子动力学方法探究不同结构单元、不同骨架、不同取代基团对羟基吡啶类配体螯合关键锕系离子的影响，为进一步设计和优化螯合剂促排人体内锕系离子提供理论依据。
方向十一：多孔晶态聚合物的设计与合成，超分子化学以及光学材料的研究与应用
近年来主要从事多孔晶态聚合物的设计与合成，超分子化学以及光学材料的研究与应用。研究领域包括功能性晶态化合物的设计与合成，AIE（聚集诱导发光）光学材料以及电化学储能等。一方面基于AIE单元结构，定向设计与合成含有特定结构与功能的AIE基纳米材料，将其应用于光学分析检测等领域；另一方面从功能有机单体出发，通过与金属及金属氧簇配位构筑具有电化学性能的新颖结构，最终将材料应用于电化学储能领域。
方向十二、纳米功能材料研究
该研究在纳米多孔材料及其在电极材料应用研究进展的基础上，以制备高性能的纳米多孔材料为出发点，以材料的结构设计和可控制备为目标，发展一系列实现纳米多孔材料可控合成的方法，并对材料的电催化性能进行进一步的探索。此外，期望将制备的纳米多孔材料应用于燃料电池、锂电池中。另外，在保证纳米多孔材料预期高性能的同时，开发简单经济的商业化合成工艺。材料的合成拟采用软模板、硬模板或软硬模板结合的方法，实现纳米多孔材料的可控制备。通过对材料制备条件的探究以及合成方法的总结，为精准制备纳米多孔碳材料提供普遍意义的指导价值。同时，归纳纳米多孔材料的多孔结构和组成与性能之间的关系，为合理设计和制备高效的纳米多孔材料提供参考。通过对纳米功能材料的研究，可以不断拓展其包括电催化、能量存储与转化在内的应用领域，推动科学技术的发展，解决能源、环境等重大问题，促进社会经济的可持续发展。
方向十三、功能金属材料合成及应用研究
该研究选用一系列含氮配体作为主配体，芳香羧酸作为辅助配体，在水热条件下与不同金属盐进行反应，合成出一系列配合物，探究配合物的组装规律，研究其拓扑网络的影响因素，从理论高度来指导功能配合物的合成。此外，探究配合物在电化学性质、荧光性质以及催化活性等方面的应用潜力，深入分析反应机理，探究其中的构效关系，为今后有效合成出特定结构和性能的配合物提供理论和实验依据。功能配合物的研究有助于推动配位化学、材料科学和传感器与检测等领域的发展，为解决能源、环境和健康等挑战提供新的思路和解决方案。
方向十四、半导体纳米光催化材料在能源转化领域方面的应用基础研究
该研究针对传统半导体光催化材料光吸收范围窄、量子效率低和太阳能转化率差等关键科学问题，开展了诸多全面系统和卓有成效的研究工作。团队主要围绕过渡金属氮化物、过渡金属硫化物和层状钙钛矿氧化物，合理设计和成功制备出多种具有特定形貌的纳米结构材料，并探索其在光催化水分解、光催化二氧化碳还原、光催化固氮合成氨、光催化有机物转化和光催化有机污染物降解方面的应用前景。该研究对于解决当前世界严重的能源短缺和环境污染问题具有重要意义。
方向十五、磁性纳米功能材料的制备及应用研究
该研究采用共价有机框架材料作为功能性材料对磁性纳米材料表面进行修饰，以提高磁性纳米材料的分散性、稳定性和表面活性，赋予纳米材料新的物理化学机械性能，实现药物传递、生物成像、环境治理等特定功能。同时，将适配体修饰在纳米材料表面，使其能够特异性识别和结合目标细胞或生物分子，增强其靶向性，实现磁性纳米功能材料在生物医学和环境监测等领域的应用。该项研究工作为纳米材料的功能化提供技术支持，推动磁性纳米功能化材料在各个领域的应用和发展。
方向十六、先进陶瓷及涂层材料方向
该研究主要从事功能陶瓷及结构陶瓷材料制备、性能、应用及机理研究。研究通过各类先进制备技术及方法获得陶瓷及陶瓷涂层材料。对陶瓷及涂层材料的组成、制备、性能及机理等进行研究，考察陶瓷涂层与金属基底材料的作用结合机制，涂层材料表面结构、行为特性。研究侧重对陶瓷及涂层材料在高温环境、酸碱环境等极端复杂条件中服役行为研究，考察材料组成、组织相变、制造工艺对材料热、光、磁、力等性能影响，揭示材料晶体结构与材料宏观性能联系，研究应用面向航空航天、能源转换、金属保护等领域，具有广阔的应用前景。
方向十七、镁基储氢材料及其电池技术研究
镁基储氢材料作为固体储氢合金材料能大量吸收氢气，安全性好，同时也可以作为高性 能电池的负极材料，具有高能量、快充快放、安全，高可靠性的特点，作为储能材料可广泛应用在新能源领域中。创新团队采用元素部分取代，或添加其它元素，利用机械合金化法等方法制备出三元或多元储氢合金，通过细化合金颗粒尺寸，得到非晶态合金，利用非晶态合金表面高催化活性，从而达到降低镁基储氢合金的吸放氢温度；同时，选用具有催化活性过渡金属化合物、轻质储氢材料、石墨烯等与镁基合金通过球磨方式制备成多相复合材料后，来进一步提高其性能。目前研制的镁基储氢材料取得较好的效果。镁基材料作为负极制备的电池具有能量密度高，环境污染小，安全性高，耐过充过放能力强，可大电流放电优点。
方向十八、导电聚酯纤维的研究
该研究采用离子化合物以聚乙二醇（PEG）作为载体，首先制备出PEG基导电聚合物，该导电聚合物属于聚合物固体电解质，是一类特殊的离子导电聚合物，具有独特的结构和较高的导电性，但由于这类聚合物本身力学性能不佳、熔点较低、不具可纺性。本团队通过特殊的共混工艺，使熔点相差很大的PEG基导电聚合物和聚酯（PET）熔融共混，制得颜色较浅的导电聚合物母粒，在保证其导电性的同时，提高可纺性。该导电母粒可与纯PET在普通单螺杆熔融纺丝机上共混纺丝制备PET导电纤维。由于该类型导电纤维的导电组分为离子固体电解质，极少量的该导电聚合物作为导电组分即可制得导电性能优良的纤维，且导电性不受拉伸影响。该导电聚酯纤维的研究工艺简单、成本低廉、对环境污染小、比电阻低、色泽浅，易加工和力学性能优良，具有工业化开发前景，极为广阔的发展前景。