1. 表面浸润与表界面自组装、纳微流体与纳米气泡、燃料电池三相界面

我们利用第一性原理和经典分子动力学模拟方法研究表界面的浸润、成核、输运扩散等过程的微观图像，在原子层次上探索其基本原理，建立精确的理论模型，发展调控表面浸润性质的手段，从而指导实验合成相关材料，并实现亲疏气体电极表面气体扩散、超重力过程强化、膜分离等领域的重要应用。

 2. 表面物理与新型低维材料

我们利用第一性原理计算结合扫描隧道显微镜等实验表面表征手段，研究硅烯、硼烯等新型低维材料和表面分子自组装体系的生长机制、原子与电子结构、物理化学性质等，并探索这些材料在低维量子器件等领域的潜在应用。

3. 大气成核与大气化学的理论研究

我们利用高精度量子力学计算、分子动力学模拟结合经典成核理论探索大气气溶胶形成的动力学过程、成核速率，以及相关的大气化学反应机制等。

4. 利用机器学习与人工智能模型解决化学工程与材料问题

利用人工智能与大数据算法，通过理论与实验数据驱动，建立机器学习模型以解决化学工程、材料合成、催化剂等的理论设计。