1.低维纳米材料表界面调控及其在能源和催化领域的应用：针对能源催化领域材料结构与性能之间的关系难以调控的难题，立足材料物理与化学的学科特点，发展了一系列基于二维纳米材料的合成方法与理论研究，通过贵金属表面诱导、双金属表面协同、单原子原位嵌入等化学合成方法，实现了二维半导体基底的可控相变，并从理论和实验上深入探讨了合成与结构、结构与催化之间的关系，对于能源催化领域有着深远意义。（Chem, 2021, 7, 436-449.；Nature Communications, 2019, 10(1), 5231.；Nature Communications, 2019, 10(1), 4472.；Nano Letters, 2019, 19(5), 2758-2764.；ACS Energy Letters, 2019, 4(1), 368-374.）

2.金属纳米材料的可控制备与性能研究：针对材料化学合成与形貌、形貌与催化性能之间关系的难题，立足于材料物理与化学的学科特点，实现了纳米材料三维到二维的量化、异质到同质界面的可控调节，利用过饱和度调控法、外延异质生长及气体分子限域法，实现了多种结构的合成，并基于密度泛函理论，探究了反应动力学与形成能之间的关系，材料形貌的导向性合成对于能源转化、光电器件等各个方面具有十分重要的意义。（Journal of the American Chemical Society, 2020, 142, 3645-3651； ACS Nano, 2019, 13(11), 12987-12995.）

3.纳米模拟酶的构建和基于纳米材料的新型生物传感器的开发：针对生物传感器领域传统材料检测灵敏度不足的难题，研发了基于二维材料的表面等离激元共振技术，引入了包括石墨烯、Mexene、锑烯等一系列的新型二维纳米材料，利用二维纳米材料表面的低配位环境、高活性位点的特点，实现了生物传感器领域的检测灵敏度的数量级的提高。（Nature Communications, 2019, 10(1), 28. ；Biosensors and Bioelectronics, 2019, 144, 111697.；Analytical Chemistry, 2020, 92, 3354-3360.）