理论方面：

1）染料敏化太阳能电池研究

   能源短缺和环境污染是制约经济和社会可持续发展的难题，如传统能源枯竭、大气土壤破坏及温室气体排放等问题。这些问题将迫使人们通过改变现有的能源结构来解决。通过开发和利用清洁无污染的可再生性新能源—太阳能，是解决能源及环境问题并实现经济和社会可持续发展的重要方向。

   本方向主要采用理论与实验结合的方式研究染料敏化太阳能电池，利用量子化学计算、分子动力学等分子模拟技术进行微观机理研究同宏观染料敏化太阳能电池实验结合，设计与表征一系列基于全新非贵金属中心敏化剂和纯有机染料敏化剂。主要研究敏化剂光电转换机理，表征敏化剂的紫外/可见光吸收光谱范围及吸收强度；研究敏化剂电子注入半导体机理，阐明受光激发电子注入半导体方式及注入时间，遴选利于表面吸附、结合力强、电子传输便利的敏化剂吸附基团；研究敏化剂还原再生机理，设计与改进新型敏化剂在电解液中的还原性能。本方向的研究可为开发低成本、高效率、无污染的染料敏化太阳能电池提供理论与实验指导。该研究方向已完成的理论工作包括多吡啶钌敏化剂、非贵金属铜、铁敏化剂分子的理论设计与表征等工作，已有多篇成果已经发表在国际期刊J. Mater. Chem. C、J. Phys. Chem. C、J. Phys. Chem. A、等。近期与香港科技大学杨世和教授合作，理论与实验设计了一系列以dithiafulvenyl unit为供体的新型纯有机敏化剂分子，效率达到8%以上，目前成果发表在美国化学会杂志Org. Lett.。前期的工作积累为本方向后期的发展奠定了坚实的基础并提供了直接理论与实践经验。

2）金属及金属氧化物表面催化机理研究

   设计高效率、高选择性、绿色环保催化剂是当前热门研究领域绿色化学的支柱之一，但由于催化剂表面反应的复杂性，以及实验条件的局限性，目前对表面催化反应机理还存在许多未知，制约了建立在催化反应基础上的能源工业和整个化学工业的快速发展。因此，系统而深入的理论研究，有助于从原子层面上认清催化剂表面反应机理以及决定其催化活性的本质因素，为相应催化剂设计及加工工艺的改进提供指导。

   本方向主要采用计算模拟技术，研究催化剂表面反应机理、表面结构、活性位、抗中毒性等微观机理和性质。从原子水平上对反应过程进行完整的动力学描述，找出反应活性和选择性的控制步骤，认清表面结构敏感性对反应机理的影响，弥补了现代实验方法的不足，丰富了表面催化机理的研究手段，为表面催化理论增加了新内容。目前该方向在ACS Cataly.、ACS Appl. Mater. Inter.、Catal. Sci. Technol.、ChemCatChem、Langmuir等国际期刊上发表论文10余篇。

3）碳捕获及储能材料理论研究

   能源储存和温室气体减排面临巨大的挑战。碳基材料及有机金属骨架材料的发展为解决碳捕获及储能问题提供了一种选择。借助于量子化学及分子力学相结合的方法，系统研究这些小分子气体在多孔材料中的吸附行为，有助于设计新型多孔吸附材料，以及深刻认识混合气体在吸附材料中的竞争吸附等。

   本方向主要采用密度泛函理论、分子动力学及蒙特卡洛模拟的理论方法，采用Gaussian 09、VASP、Materials studio、Music及Lammps等软件程序探究CH4，CO，CO2，H2O等小分子气体以及它们的混合气体在多孔材料中的吸附行为。具体包括各种多孔材料的孔隙拓扑结构、气体分子与吸附材料稳定性分析、吸附材料的电子结构分析、小分子气体与骨架材料之间的相互作用方式、骨架材料的储存能力评估、吸附/解吸过程中的能源消耗和竞争吸附能力等。目前该方向在Nanoscale、J. Mater. Chem. A、Phys. Chem. Chem. Phys.上发表论文。

实验方面：

4）功能化纳米纤维的设计合成

   基于静电纺丝技术可控制备多种有机纳米纤维、无机陶瓷纳米纤维、有机/无机复合纳米纤维，研究其在催化、重金属离子吸附、过滤等方面的应用。

5）多级耦合结构纳米材料的制备与应用

   利用二次化学处理方法，可控制备多级耦合结构纳米材料，并研究其在传感、FET等器件领域的应用，为新型低能耗高效半导体器件的应用开发提供理论基础。

6）碳及导电高分子基纳米材料的合成及应用

   新型碳纳米材料及导电高分子微纳米结构的设计合成，及其在催化、新能源方向的应用。