随着全球能源需求持续增长以及气候变化、资源约束等问题日益严峻，推动能源体系低碳转型、构建安全高效和可持续发展的新型能源体系，已成为全球科技竞争和国家战略布局的重要方向。实现“双碳”目标不仅需要能源结构的深度变革，更依赖于关键能源材料与核心技术的持续创新。未来能源技术的发展将围绕高效能源存储、清洁能源转化和低碳资源利用等关键领域展开，重点涉及锂/钠离子电池、固态电池、氢能储运、燃料电池、电催化与光催化、二氧化碳捕集利用与封存（CCUS）以及绿色化学制造等战略方向。

能源技术领域面临的核心科学挑战在于深入理解能源材料在复杂工作环境下的结构演变、电子状态变化、界面反应过程及其与宏观性能之间的内在关联。在电化学储能与催化转化过程中，材料表界面往往经历动态重构、相变、缺陷生成以及活性位点演化等复杂过程，这些微观变化直接决定了能量转换效率、循环稳定性和反应选择性。当前催化领域的关注点在于真实工作环境下活性位点的精准识别、催化剂结构与电子状态在反应过程中的动态演变机制、多步反应路径中的选择性调控规律，以及催化剂失活过程中的结构衰减机制。因此，建立从原子尺度结构演变、界面反应机制到宏观催化性能之间的多尺度关联，是实现能源与催化材料理性设计和性能突破的关键科学基础。深入解析这些动态机制，将为高效能源存储、清洁能源转化和可持续化学等重大应用提供理论支撑。

传统表征方法难以捕获反应过程中活性位点重构、界面电子转移、缺陷演化以及短寿命中间体生成等关键过程。近常压光电子能谱（AP-XPS）突破传统超高真空限制，可在接近真实反应气氛、电化学环境或工作条件下直接探测材料表面的元素组成、化学价态、吸附物种及电子结构变化，能够用于解析反应中间体吸附、界面电荷转移以及催化剂表面重构行为，揭示真正参与反应的活性物种和动态活性位点。X射线吸收谱（XAS）具有元素选择性和局域结构敏感性，可在原位条件下实时追踪金属中心的氧化态、配位环境、键长及结构无序程度变化，是研究能源材料和催化剂动态演化的重要工具。X射线发射谱（XES）和共振非弹性X射线散射（RIXS）进一步提供电子激发态和轨道占据状态信息，可用于研究催化反应中的电荷转移机制、自旋态调控以及强关联电子效应。此外，高空间分辨X射线纳米成像与高灵敏质谱分析技术能够实现对复杂材料内部结构、轻元素分布以及气相瞬态反应物种的多维解析，为理解材料失效机制、反应路径和性能调控规律提供关键实验依据。

结合多模态同步辐射谱学技术，可实现从原子尺度电子结构、局域配位环境到宏观性能演变的关联解析，为高性能电池材料、绿色催化剂及新型能源转换体系的理性设计提供重要科学依据。