化学研究中隐藏的过程与变量往往多于可直接观测的过程与变量。新的观测手段有望揭示新的化学现象或令我们检验已有的知识。课题组致力于发展与运用新型物理化学技术手段对凝聚态下的复杂微观化学动态过程进行观察与测量，当前研究内容可分为两个方面：1）超快红外光谱学；2）基于超快红外光谱方法的新型光学显微镜技术。红外波段所对应的振动光谱蕴含有大量的化学信息，且对分子结构及化学环境敏感。我们运用时间长度仅为数十至数百飞秒（1飞秒 = 10-15 秒）的红外脉冲对凝聚态化学系统内发生的诸如电荷转移、能量弛豫、氢键重排、构象翻转等超快过程直接进行动力学测量。我们所使用的非线性光谱学技术包括泵浦-探测技术、透射与反射式二维红外振动光谱技术等。我们选择并制备结构可控、适合进行系统性机理研究的人工或自然化学体系进行观测，例如表界面处的自组装膜结构的构象动力学（代表作5、7）、半导体胶体纳米晶的多激子激发态动力学（代表作3）、高分子水凝胶的氢键网络超快动力学（代表作4）、水合矿物石膏的晶格氢键动力学（代表作6）等。除了超快时间分辨谱学研究以外，我们希望开发含有谱学信息且兼具时间与空间分辨能力的新型显微镜技术（代表作1），以更好地观测和理解复杂化学系统的动态行为（代表作2）。课题组的代表性技术：1. 多维度宽场红外编码自发辐射显微术 （Multi-Dimensional Widefield Infrared-encoded Spontaneous Emission Microscopy, MD-WISE）；2. 反射式超快二维红外振动回波光谱（Reflection-mode Ultrafast Two-dimensional Infrared Vibrational Echo Spectroscopy, R-2D IR）。