La sostenibilità energetica e l'interconnettività sono i due principali pilastri su cui si basa l'architettura d'avanguardia. Essi richiedono la realizzazione di dispositivi energetici e intelligenti completamente integrabili negli edifici, in grado da un lato di soddisfare i rigorosi requisiti previsti dalle normative, e dall’altro di funzionare in condizioni reali.

Le batterie agli ioni di litio hanno applicazioni rilevanti nella vita di tutti i giorni, tra cui l’elettronica di consumo, lo storage di rete e il settore automobilistico. Nonostante le caratteristiche favorevoli che ne hanno consentito l’affermazione sul mercato, come l’elevata densità di energia, la stabilità e la leggerezza, il settore automobilistico in rapida crescita richiede energia e potenza specifiche ancora più elevate, maggiore sicurezza e costi inferiori. 

Una classe di leghe di calcogenuri denominate materiali a cambiamento di fase viene utilizzata in memorie elettroniche non volatili e in dispositivi neuromorfi. Queste applicazioni si basano su una trasformazione reversibile e rapida tra la fase cristallina e quella amorfa indotta dal riscaldamento per effetto Joule. Le due fasi corrispondono ai due stati logici della memoria che vengono discriminati grazie ad una grande differenza nella conducibilità elettrica.

I rivestimenti anti-ghiaccio esistono da tempo, ma possono essere molto sensibili e staccarsi rapidamente dalle superfici che dovrebbero proteggere.

La conversione di CO₂ in combustibili solari (e-fuels) o altri prodotti chimici utili è al centro della transizione energetica. Uno dei processi più importanti in questo senso è la produzione di metanolo, CH₃OH. Da più di mezzo secolo il metanolo nel mondo viene prodotto grazie a un catalizzatore eterogeneo, Cu/ZnO/Al₂O₃, dove nanoparticelle di Cu sono disperse su un supporto di allumina con particelle di ZnO come promotori.