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主要研究方向包括新型功能纳米材料的原子级原位表征方法及应用、新型功能纳米材料的原子级制造和性能调控等。承担包括国家重点研发计划课题、国家自然科学基金重点项目等国家、省部级科研项目30余项。在包括Nature、Nat. Catal.、Nat. Synth.、Sci. Adv.、Adv. Mater.、Phys. Rev. Lett.等期刊上发表SCI论文300余篇，被引超过20,000次，出版教材2部、学术专著4部，授权国家发明专利36件；获国家自然科学奖二等奖1项，教育部自然科学奖一等奖1项、中国材料研究学会科学技术奖一等奖2项