研究组面向功能新材料、清洁水源、绿色能源、先进能源器件的关键科学问题，开展功能与智能高分子、材料化学与物理、纳米科学与技术相关研究，涉及导电高分子、石墨烯、碳纳米管等有机无机纳米材料的可控制备、功能修饰与组装、激光微纳加工等；发展先进功能材料的制备新方法，探究其在结构功能一体化、高效能量转化与储能等方面的应用，例如石墨烯超结构、刺激响应高分子、光热/电热制清洁水、空气湿气发电、新型电化学电池/电容器、微型能源器件及柔性器件等。

迄今在Science, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society, Angew. Chem. Int. Ed., Energy Environ. Sci. 等国际重要期刊发表SCI论文200多篇，论文他引两万余次。受邀请在Nature Reviews Materials, Accounts of Chemical Research, Chemical Reviews等撰写综述论文20余篇，英文专著6章，国际国内发明专利30余项，研究工作被Nature等专业刊物报道。主持科技部重点研发计划、国家自然科学基金委重点项目等多项。获国家自然科学二等奖1项（2016年）第二获奖人，教育部自然科学一等奖1项（2014年）第五获奖人。