能源材料化學：金屬鋰負極、鋰硫電池、電催化、儲能技術及轉化。

清華大學長聘教授、博士生導師。曾獲得國家自然科學基金杰出青年基金、教育部青年科學獎、中國青年科技獎、北京青年五四獎章、英國皇家學會Newton Advanced Fellowship、清華大學劉冰獎、國際電化學會議Tian Zhaowu獎。2017-2020年連續四年被評為“全球高被引科學家”。長期從事能源化學與能源材料的研究。近年來，致力于將國家重大需求與基礎研究相結合，面向能源存儲和利用的重大需求，重點研究鋰硫電池的原理和關鍵能源材料。提出了鋰硫電池中的鋰鍵化學、離子溶劑復合結構概念，并根據高能電池需求，研制出復合金屬鋰負極、碳硫復合正極等多種高性能能源材料，構筑了鋰硫軟包電池器件。這在儲能相關領域得到應用，取得了顯著的成效。