主要從事（光）催化劑及（光）催化反應(yīng)過程的原位、動態(tài)先進(jìn)成像技術(shù)的表征研究，在國際上開創(chuàng)了紫外拉曼高溫高壓條件下研究分子篩合成機(jī)理的先河；發(fā)展了空間分辨的表面光電壓成像方法并在國際上最早將其應(yīng)用到微納尺度光催化材料電荷分離的成像研究中，通過發(fā)展“時空接力相機(jī)”實(shí)現(xiàn)光生電荷轉(zhuǎn)移過程的全時空動態(tài)追蹤，“拍攝”到光生電荷轉(zhuǎn)移演化全時空圖，為進(jìn)一步診斷和突破光解水的瓶頸問題提供重要解決手段。面向國家重大需求，從事深海資源探測的現(xiàn)場光譜儀研發(fā)工作，曾在馬里亞納海溝實(shí)現(xiàn)7449米的紫外拉曼探測世界紀(jì)錄。

主要從事線粒體未折疊蛋白反應(yīng)研究。線粒體未折疊蛋白反應(yīng)是指當(dāng)線粒體功能損傷時，細(xì)胞誘導(dǎo)的促進(jìn)線粒體功能修復(fù)，維持線粒體內(nèi)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)平衡的防御和適應(yīng)性應(yīng)激反應(yīng)通路。團(tuán)隊(duì)聚焦線粒體應(yīng)激和衰老調(diào)控機(jī)制研究，利用線蟲、細(xì)胞和小鼠等模式生物，探索線粒體應(yīng)激后的穩(wěn)態(tài)維持與修復(fù)機(jī)制，以及其在衰老調(diào)控和衰老相關(guān)神經(jīng)退行性疾病中的作用機(jī)理。

長期從事能源電化學(xué)與納米材料的交叉研究，在高比能鋰離子電池、鋰硫電池、固態(tài)電池、鈉離子電池等電池技術(shù)及其關(guān)鍵材料方面取得一些研究成果，致力于推動基礎(chǔ)研究成果的實(shí)際應(yīng)用，開發(fā)出的高性能硅基負(fù)極材料實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。未來5年，他將在“科學(xué)探索獎”的支持下，挑戰(zhàn)高比能高安全固態(tài)儲能電池領(lǐng)域的學(xué)術(shù)難題。

主要研究方向?yàn)槲⒓{機(jī)器人學(xué)、類生命機(jī)器人、微納制造技術(shù)、微納檢測與制造高端科學(xué)儀器與裝備等；長期以來，開展微納操控技術(shù)研究，操縱生命介質(zhì)與機(jī)電系統(tǒng)在分子細(xì)胞尺度融合，創(chuàng)建跨介質(zhì)類生命系統(tǒng)，推動機(jī)器人由仿生學(xué)向類生學(xué)發(fā)展。

主要方向是開發(fā)納米分辨率超分辨成像技術(shù)及拓展其在細(xì)胞原位成像中的應(yīng)用。發(fā)展基于干涉和冷凍成像的新技術(shù)，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法與精確定位標(biāo)記技術(shù)，把單分子定位成像的三維空間分辨率拓展到分子尺度，將時間分辨率提升到幾十毫秒量級，并將這些納米分辨成像技術(shù)拓展應(yīng)用于腫瘤免疫治療機(jī)理研究、腫瘤免疫微環(huán)境表征、高分辨熒光病理等研究領(lǐng)域。