1. 纳米光电材料和器件
2. 纳米绿色能源材料（光/电催化制氢，二氧化碳捕集、转化与利用）
3. 区域环境污染协同治理

以第一/通讯作者在Adv. Mater.，Matter, Nano Lett.，J. Am. Chem. Soc.，Nano Energy，Adv. Funct. Mater.，Proc. Natl. Acad. Sci. USA等SCI国际知名学术期刊发表文章近百篇，包括”中国百篇最具影响国际学术论文”，单篇他引2395次；主编了三本纳米材料英文书籍，撰写了三本光电催化英文书籍部分章节；授权国家发明专利近20项；在国内外高水平学术会议上做邀请报告近30次。

1．  中国科学院知识创新工程重要方向，新兴与交叉学科布局试点项目，石墨烯在新能源器件领域的基础应用研究，2012/01-2016/12，主持。
2．  中国科学院青年创新促进会青年人才资助项目，光（电）解水制氢新型纳米催化剂研究， 2012/01-2015/12，主持。
3．  国家自然科学基金优秀青年科学基金项目，物理化学（基于石墨烯纳米材料的新型光电器件），2015/01-2017/12，主持。
4．  国家自然科学基金面上项目，新型手性石墨烯量子点的设计合成及选择性抗菌应用研究，2016/01-2019/12，主持。
5．  国家自然科学基金面上项目，梯度掺杂的石墨型氮化碳纳米棒阵列光阳极制备及产氧性能研究，2019/01-2022/12，主持。
6．  国家自然科学基金面上项目，利用微电极原位研究石墨烯基限域电催化剂, 2022/01-2025/12，主持。
7．  国家自然科学基金重大研究计划‘纳米制造的基础研究’培育项目，石墨烯纳米场效应器件新制造方法的研究，2012/01-2014/12，主持。
8．  中国科学院院长特别基金项目，石墨烯电子能带结构调控的新方法研究，2009/10-2011/10，主持。
9．  北京市自然科学基金面上项目，基于多维石墨烯的光催化分解水制氢器件研究，2014/01-2016/12，主持。
10． 中国科学院河南产业技术创新与育成中心开放性课题，分解水制氢耦合醇氧化的电解槽研制，2024/01-2026/12，主持。
11． 中国科学院战略性先导科技专项（B类），XDB36000000，催化功能纳米结构构筑，2020/01-2024/12，科研骨干。
12． 中国科学院“一带一路”专项，纳米技术与太阳能综合利用，2018/01-2020/12，科研骨干。
13． 国家重点研发计划-纳米科技专项，2016YFA0201600，医用及工业纳米材料的毒理学机制与安全性评价研究, 2016/06-2021/06，科研骨干。
14.  国家重点研发计划-纳米科技专项，2011CB933401，重要纳米材料的生物效应机制与安全性评价研究，2011/01-2016/01，科研骨干。
15.  极小尺寸晶体管及其传感器应用研究，中央引导地方科技发展计划， 2025/01-2026/12，项目骨干。