金属与半导体氧化物晶体生长机理研究；新型能源与环境材料的理论设计、合成和应用研究,包括太阳能电池新型材料，太阳能光分解水制氢材料，太阳能光还原CO2催化剂，非均相（光）催化材料等。

迄今已在Nature，Angew. Chem. Int. Ed.，J. Am. Chem. Soc.，Adv. Funct. Mater.，Chem. Commun.，Chem. Mater.，J. Mater. Chem.，Chem. Eur. J.，J. Phys. Chem. B，J. Phys. Chem. C，J. Phys. Chem. Lett.，CrystEngComm等材料化学类国际著名刊物发表相关学术论文多篇，被SCI引用次数达1000余次，单篇引用次数高达272次，最高影响因子为34.480。其中发表于Nature的论文被Nature Materials，Chemistry World，Chemical & Engineering News，新华网，科学通报和澳大利亚媒体The Courier Mail，The Australian，The Age，The Sydney Morning Herald，ABC Radio等在第一时间给予报道，认为这是在水分解制氢和光催化材料领域的重要突破，并为研制具有更优性能的太阳能电池提供了有利的技术保证。

自2009年负责承担了国家自然科学基金面上与重大研究计划项目及上海市基础研究重点等多项国家、上海市项目，并与杜邦（Dupont）中国研发管理有限公司合作研究项目一项，浙江工业大学实验室开放项目一项。曾主持并完成澳大利亚昆士兰大学New Staff 基金和Early Career 基金等项目，参与并完成国家级科技项目一项。获得教育部提名国家科学技术奖自然科学奖二等奖 (2005，参与完成)，教育部高等学校自然科学一等奖(2010，参与完成)。获得授权美国发明专利3项，申请中国发明专利3项。