用先进显微镜技术研究开发新型纳米材料；
新能源材料；
新型纳米材料与器件

一、在薄膜微纳电子器件的物理化学研究方面做出了具有广泛国际影响的成果: 在国际上首次引入缓冲薄膜，改进了强电子关联材料存储器件的性能； 破解了领域中对称性器件发生非对称存储态转换的悖论；首次使用开尔文探针原子力显微镜技术对电致阻变存储器件进行研究；用电流测量原子力显微镜技术对材料纳米区域进行了局部存储阻态转换的研究；电致氧离子界面区域堆积导致强电子关联材料器件中存储效应的突破性研究。代表性工作发表在 Applied Physics Letters (应用物理快报), New Journal of Physics (新物理学杂志) 以及 Physical Review Letters (物理评论快报) 等国际前沿学术刊物上,被 Nature 子刊引用两次及被 Nano Letters 和 Materials Today 引用。2007年发表在 Physical Review Letters 的文章单篇他引一百余次,包括被 Nature 子刊引用两次及2011年被Advances in Physics 特别引用。
二、在新能源材料方面，研究发明了新型固体氧化物燃料电池, 不仅将工作温度降低到六百摄氏度以下, 并且因其特有的超薄型结构, 可望实现单位体积及重量下的高功率输出。五年内作为第一发明人获得两项美国专利。并获得美国国家航空航天局太空行动奖。工作被Nature Nanotechnology的快报引用。
三、最新研发成功一种先进原位透射电子显微镜技术 (in situ TEM) 并应用于纳米材料原位电化学反应的研究, 达到国际领先水平。透射电镜能够提供原子尺度的结构信息，但传统的透射电子显微技术很少能研究反应过程中材料（特别是液体）的结构变化。这种新型原位电子显微镜技术为对各种高新材料进行前沿物理化学研究提供了极其有力的工具和开拓了非常广阔的前景。

此外作为唯一的主编编辑国际学术专著一部, 被国际获奖出版社Research Signpost 在2008年出版。