研究特色为理论与实验高度融合，在理论化学，材料化学，能源化学，催化化学等领域，做出一系列原创性成果。在推动科学前沿发展和满足国家重大需求方面取得了显著的成绩。在推动科学前沿发展方面，代表性学术成果包括：（1）揭示了rotaxane 分子开关的分子机制，为其入选为2016 诺奖代表性工作之一提供了理论支撑；（2）提出了有机半导体载流子迁移率的理论方程，为该领域常用理论方程之一；（3）提出了材料数智化设计方法，即结合数据、人工智能、专家知识，按需求来设计材料；发展了相关系列理论方法如范德华分子力场等；（4）提出了常温常压二氧化碳捕获与转化的减排思路，被认为“使得经济的二氧化碳减排路线成为可能”；（5）按需求设计多孔材料用于能源和生命健康，在光催化材料、电催化材料、防疫检测材料上有进展。在Nature 子刊，J. Am. Chem. Soc., Angew. Chemie. Int. Ed.等期刊发表论文 220 余篇，他引15000 余次，H-index 65。在满足国家重大需求方面，2014年作为共同项目负责人承担了中科院先导专项项目《页岩气微观赋存状态与微观流动》。2017、2022 年分别作为《新型纳米材料高效结构优化、功能预测及材料设计》和《基于数据库和人工智能的催化材料数智化设计方法及软件》项目首席，获得国家重点研发计划资助。这些项目解决了或瞄准解决一些国家重大需求里的基础理论问题。

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