围绕碳纳米材料、石墨烯、碳纳米管、导电与功能高分子的可控制备、功能修饰与组装开展研究，探究其在先进功能材料、高效能量转化与储存等方面的应用。例子包括石墨烯超结构、智能响应高分子、海水淡化、空气发电、新型电化学电池/电容器、微型能源器件及柔性器件等。在Science, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Advanced Materials, Journal of the American Chemical Society等国际重要期刊发表SCI论文300多篇，论文他引三万余次，单篇论文最高他引超3000次。受邀请在Nature Reviews Materials, Accounts of Chemical Research, Chemical Reviews等撰写综述论文30余篇，专著1部，国际国内发明专利40余项。研究工作被Nature等专业刊物报道。曾主持科技部重点研发计划、国家基金委重点项目等多项。