迄今，已发表高水平学术论文百余篇，文章总引用8000多次。其中，以第一作者（包括共一）和通讯作者身份在Science（1篇）、Nat. Commun.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（3篇）、 Angew. Chem. Int. Ed.（4篇）、Chem. Soc. Rev.（3篇）、Energy Environ. Sci.（1篇）、Adv. Mater.（2篇）、Adv. Funct. Mater.（1篇）、Adv. Energy Mater.（2篇）、Nano Energy（2篇）、ACS Nano（1篇）、ACS Catal.（2篇）等国际权威学术期刊上发表高质量学术论文58篇，其中10篇ESI高被引论文，文章他引超过5000余次, 单篇最高引用次数超过600次。基于在电催化能源领域的重要贡献，于2016年获得第16届国际催化大会“青年科学家奖”。研究方向涵盖制氢、储氢、用氢，CO2转化等。
1. 电解水制氢
通过高温热解、液相还原、共沉淀、原子层沉积法等可控合成的技术手段，制备具有不同结构特征的单原子、多原子及亚纳米催化剂，重点调节其金属原子类型、金属原子组合与配位结构。通过对具有不同结构的电催化剂酸性/碱性HER、OER性能的评估，凝练出不同金属原子、各种金属原子组合与配位结构等特征参数与其催化性能之间的构效关系。采用原位X射线吸收光谱技术，研究催化过程中的化学态和配位结构，采用原位红外拉曼工具，探索氢氧中间体在催化剂上的成键形式和催化剂结构演变，并结合理论计算，深入解析表界面效应、配位环境、电子密度对其催化反应氢氧吸脱附行为、反应中间态以及电子转移的作用机理。 将研究结论与材料设计、制备手段联系，优化PEM电解池制作工艺，解析影响催化剂持久稳定性的关键因素，设计具有高电流密度的催化装置，促使对催化剂的基础研究成果走向工业应用，为PEM水分解制氢中的非贵金属催化材料的设计和研究开拓新研究方向。
2. CO2还原催化
面向设计单原子催化剂、相邻双原子单体催化剂以及多原子催化剂，利用多单原子协同作用，改善催化材料电催化CO2还原性能；通过精准调控原子沉积位点，开发一系列表面配位数可控的无机纳米材料，通过将表面配位环境与组分效应、尺寸效应耦合，探索影响材料催化性能的关键要素，实现催化剂催化性能的提高。团队目前已经开发了一系列包括单原子催化剂、表界面可控的纳米催化剂用于CO2催化转化，通过对催化材料的原子尺度设计，能够优化CO2还原过程电流密度、法拉第效率以及稳定性等关键性能。尝试利用原位分析手段，结合反应动力学解析，明确不同电子转移反应下，二氧化碳电化学还原反应的关键中间体及控速步骤，为CO2还原的工业化应用提供理论指导与依据。
3. 燃料电池
精准调控Pt基纳米催化剂表界面结构，大幅提升了低Pt催化剂的催化效率；精细设计单原子级催化剂配位环境，系统解析了Pt原子级催化剂的选择性催化问题；理性构筑Pt催化剂-载体界面结构，显著提高了低Pt催化剂在燃料电池运行时的电催化性能；从原子尺度上加深了对燃料电池催化剂表面原子排布和催化系统配位环境与催化性能的构效关系理解，为高效燃料电池催化剂的理性设计提供了理论指导和技术支持。
4. 储氢
着重于甲基环己烷在非贵金属催化剂上的脱氢机理研究，以及催化剂电子性质和尺度变化对于脱氢反应的影响。构建多尺度非贵金属催化剂，在宽温度范围（300-500摄氏度）系统性研究甲基环己烷脱氢反应机理以及反应过渡态的稳定性，结合实验动力学手段和理论计算构建跨尺度反应动力学模型，从而准确预测甲基环己烷脱氢反应的活性和稳定性与反应条件和催化剂性质之间的关系。
