本实验室长期瞄准国际科技前沿，围绕国家、地方及行业对新型结构可控先进功能材料的重大需求，针对先进材料领域的共性科学与技术难题，深入开展结构可控先进功能材料的分子设计、精准合成、计算模拟、界面分析与先进制备的理论方法、关键技术和高端应用研究。坚持聚焦“从0到1”的基础研究原始创新与解决“卡脖子”的实际技术难题并重，取得了系列高水平研究成果，为提升我国先进功能材料领域的科学技术水平做出了突出贡献。
结构可控有机光电功能材料及稳定性强化：实验室针对材料结构与功能精准调控这一关键科学问题，开展了有机功能材料精准合成及其光电化学研究：创新发展了微观分子机器的界面组装方法、创新提出了“振动诱导发光(VIE)”新概念和新的分子发光机制、创新建立了精细化应用过程中染料的稳定性强化机制及原理，实现了分子机器在微纳米尺度下的功能输出以及分子构效关系的精准调控，多次创造了最高光电转换效率记录，为有机光伏器件、高密度光存储分子器件、重大疾病精准诊断等方面的应用奠定了坚实基础。相关研究成果获2017年度上海市自然科学一等奖1项，发表包括Nat. Commun.、Chem、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等在内的SCI论文260余篇，SCI他引8000余次，取得授权中国发明专利10项；2人入选化学领域2018年科睿唯安全球高被引科学家；1人获教育部长江学者特聘教授及国家杰出青年科学基金资助，7人次获国家优秀青年科学基金、教育部青年长江学者等国家与上海市人才计划资助。
理论计算催化与高效光催化材料制备：实验室针对功能材料多相催化的前沿科学问题，在催化反应模拟、DFT模拟计算、新型催化材料制备等方面取得系列创新成果：提出一类新颖的指标（New Empty Localized States, NELS）来有效衡量表面活性氧物种的催化能力，提供了新型高效选择性氧化脱氢催化剂设计的普适规则；揭示了实验条件下TiO2的本征催活性并不是限制OER效率的重要因素，而是迁移到达TiO2表面的光生空穴的浓度；采用微乳等方法合成了金属、非金属一元及二元共掺杂TiO2光催化材料，阐明了不同掺杂元素间的协同作用机理；制备了晶相比例及物相组分可控的界面复合光催化材料，发展了界面调控能带结构的新机制。相关研究成果获2017年度上海市自然科学奖一等奖1项，共发表包括Nat. Catalysis、Nat. Commun.、Chem在内的SCI论文200余篇，SCI他引近7000次；1人连续三年入选爱思唯尔“中国高被引学者榜单-化学工程类”，国家杰出青年科学基金获得者 1 人、国家重点研发计划“青年科学家”1 人、国家优秀青年科学基金获得者 2人、上海市领军人才等各类省部级人才10余人次。
分子界面电荷传输过程精准分析：实验室聚焦功能化动态界面电荷传输过程的关键科学问题，从功能化界面研究的新方法、新技术、新机制方面入手，取得了一系列创新成果：1）发展了新型功能化动态界面的构建新策略，为研究界面电荷传输及能量转移机制以及复杂生物膜界面中重要电荷传输机制提供了新思路及界面分析模型。2）建立了功能化纳米界面电荷传输研究新方法和新技术，实现了纳米界面与功能分子间电荷传输过程的实时、原位、动态分析，显著地提高功能化界面分析的时空分辨率及准确性。3）探索功能化复杂动态界面电荷传输新机制及其应用，实现了对单个功能分子界面电荷传输过程中动态结构的实时分析及调控，揭示了单个功能分子与纳米界面间弱相互作用及作用程度差异，推动了复杂界面电荷传输新机制的研究，从而指导生命分析及能源转化应用中功能化界面分子的设计。相关研究成果获2016年度上海市自然科学一等奖1项；发表Nat. Nanotechnol.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.等SCI论文100余篇；培养研究生30人，2人获上海市优秀博（硕）士论文奖，1人被联合国教科文组织评为“世界最具潜力女科学家”并入选中组部青年拔尖人才。
复杂流体界面识别的分子基础与材料设计：实验室围绕复杂流体开展了分子间相互作用机制、界面识别与组装等理论与实验研究工作：设计并合成了多种具有选择性识别特点的功能材料阐明了基于卤键的二维纳米组装结构的特征，明确了离子液体与电极表面的相互作用对界面结构和性质的影响，揭示了掺杂、缺陷等因素对电池性能的影响机制；创新性地设计了具有手性识别能力的响应型孔材料、石墨烯基膜材料和螺旋聚合物，获得了材料在手性分离中的若干规律；探索合成了金属有机框架材料、多孔有机聚合物、氨基修饰多孔材料、分子筛基核壳结构材料等。相关成果先后得到国家自然科学基金重大研究计划之重大及重点项目、国家重点研发计划、国家支撑计划、欧盟项目和上海市政府间国际合作项目等的支持。先后在J. Am. Chem. Soc.、J. Mater. Chem. A/B/C、Langmuir、ACS Appl. Mater. Inter.、J. Membr. Sci.等高水平学术杂志上发表论文100余篇。
生物表面活性剂开发及应用：实验室结合功能分子精准合成、多相催化理论模拟、分子界面精准分析、复杂流体分子热力学等基础研究成果，针对生物表面活性剂规模化生产关键科学问题及产业化应用技术难题进行攻关，突破了生物表面活性剂工业化生产技术瓶颈。取得以下主要具有自主知识产权的创新成果：创立了万吨级生物表面活性剂工程化研究平台，解决了生物表面活性剂研究成果从实验室到工业应用过程中的一个难题；开发了生物表面活性剂产生菌高通量筛选技术，发现了产生物表面活性剂新菌种，建立了复杂水质环境下生物表面活性剂鉴定及检测技术方法；开发了万吨级/年发酵能力的生物表面活性剂生产技术与工艺包，突破了生物表面活性剂工业生产的技术瓶颈，形成了成套技术。相关研究成果获2018年中国产学研合作创新成果一等奖1项，并得到国家863计划重点项目、国家自然科学基金、教育部和上海市科研项目支持；申请发明专利13项，授权10余项，发表 SCI论文60余篇。研究成果在中国石油大庆油田成功开展了工业化试验与应用，为生物表面活性剂工业化应用奠定了基础。
