1)能源材料化學；
2)納米材料與高能電池；
3)氫能、太陽能等新能源與可再生能源.

從事無機材料與能源化學及高能電池的研究，針對氫、鋰、鎂等無機材料的化學能/電能儲存與轉化所存在的反應活性低、動力學緩慢、物質輸運和電荷傳遞受限等科學與技術難題，帶領團隊開展能量高效儲存與轉化探索研究，通過化學、納米和能源的交叉學科研究，探索使用新材料，來提升能量轉化效率與能量儲存密度，并從這兩個方面優化電池效能；在Nature Chem., Nature Commun., JACS, Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Acc. Chem. Res., Chem. Soc. Rev., Coord. Chem. Rev.等期刊上發表研究論文200余篇，SCI他引10000余次，單篇最高他引930次，H因子60，獲發明專利授權20項，編寫《能源化學》、《化學電源：原理、技術與應用》等，為新能源電池的研制與應用提供了新思路，推動了新能源與可再生能源發展，獲2011年國家自然科學二等獎（第一完成人）。