基于材料基因组理念，利用第一性原理和分子动力学计算模拟方法，结合机器学习和实验研究手段，研究金属合金（高温合金、高熵合金）、能源材料（碳氢燃料、含能材料、电池材料）、纳米材料（碳、硅、III-V族半导体）、陶瓷（沸石）、催化材料（氧化物、金属）和聚合物（树形大分子）等材料的结构-过程-性能关系及其在复杂外界环境下的物理化学响应，进而在理解微观机制基础上进行新材料和新功能的设计。