（1）在透射電鏡中創(chuàng)造出一種基于離子液體鋰離子電池，實(shí)現(xiàn)了對鋰離子電池充放電過程的原位動(dòng)態(tài)高分辨觀察。

（2）發(fā)明了一種與電鏡匹配的全固態(tài)電池，成功實(shí)現(xiàn)了對鋰嵌入硅納米線的原子尺度的觀察。

（3）發(fā)現(xiàn)了鋰嵌入晶體硅的臨界尺寸效應(yīng)。

（4）發(fā)明了一種制造大塊納米晶的新方法（Repetitive Corrugation and Strengthening，RCS)，并對 RCS 晶粒細(xì)化機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)研究。

（5）發(fā)現(xiàn)了納米碳管的超塑性。

長期從事納米能源材料領(lǐng)域的研究，建立了多種納米科學(xué)和能源材料透射電鏡-探針顯微鏡（TEM-SPM）原位定量測量技術(shù)。在國際上率先制造出在高真空度電鏡中工作的鋰電池，發(fā)明了在原子尺度實(shí)時(shí)觀察鋰離子電池充放電過程的新技術(shù)，開創(chuàng)了原位納米尺度電化學(xué)研究的新領(lǐng)域，為研究有關(guān)鋰離子電池的關(guān)鍵性課題提供了有效的技術(shù)條件，為研發(fā)高能量密度、高功率密度、長壽命鋰電池提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。系列研究成果發(fā)表在 Science、 Nature Nanotechnology、Physical Review Letters、Nano Letters、ACS Nano 等雜志上，其中 Science 330,1515-1520 (2010) 的 SCI 單篇引用已達(dá) 833 次, ACS Nano 1522-1531 (2012) 的 SCI 單篇引用也達(dá) 693 次。這一原位電鏡實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)已被許多國際著名學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)采用并開展后續(xù)的研究工作，包括斯坦福大學(xué)（Stanford）、麻省理工（MIT）、佐治亞技術(shù)大學(xué)（Georgia Institute of Technology）等。 迄今為止，發(fā)表論文 204 篇，其中 Nature 1 篇、Science 1 篇、Physical Review Letters 11 篇、 Nature Nanotechnology 3 篇、 Nature Communications 3 篇、Nature Methods 1 篇、 PNAS 1 篇、Nano Letters 25 篇、 ACS Nano 8 篇、 Advanced Materials 3 篇；引用總次數(shù)超過 17000 次，H 指數(shù)為 68, 特邀報(bào)告 80 余次，撰寫特邀綜述 4 篇。主持或者共同主持美國能源部和自然科學(xué)基金等 13 項(xiàng)，主持經(jīng)費(fèi)合計(jì)約 450 萬美元（近 3000 萬元人民幣）。 2000 年榮獲美國科學(xué)信息研究所(ISI)頒發(fā)的“經(jīng)典引文獎(jiǎng)”。2 次擔(dān)任美國能源部項(xiàng)目評審專家，12 次擔(dān)任美國國家基金評審專家。組織和共同組織 9 次國際學(xué)術(shù)會(huì)議，并擔(dān)任多次國際學(xué)術(shù)會(huì)議分會(huì)主席。 申請人的研究成果得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和高度評價(jià)，許多國際著名學(xué)術(shù)媒體進(jìn)行了專題報(bào)道，包括 Nature, Nature Nanotechnology, New York Times, New Scientist, Chemical Engineering News, MRS, MRS-enews, and Materials Today, EETimes, United Press International, Nanotechweb, Science Daily, Science News Daily, Sandia Lab. News 等。