孙伟研究员的工作集中于超小节点碳基高性能器件的大规模加工制备与3维集成。通过使用导向组装结构、特别是三维核酸自组装体、作为结构模板，孙伟研究员规模化制备了由碳纳米管、金属纳米颗粒等无机光电纳米材料取向排列形成的高精度2维、3维架构。曾在Science, Nature Chemistry, Nature Communications等杂志上，发表了逾20篇研究文章，发表的文章曾被Nature, Nature Nanotechnology，Nature China，Material Research Society等杂志及学会网站作为研究亮点报导。作为审稿人，孙伟研究员为Chemical Society Reviews, Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Small等国际学术杂志审稿逾60次。作为第一发明人和主要发明人，孙伟研究员申请五项美国发明专利，并有两项已授权。