课题组的主要研究方向是富勒烯化学与绿色有机合成。富勒烯化学包括富勒烯电化学、富勒烯机械化学、内嵌金属富勒烯化学、富勒烯自由基化学以及富勒烯C–H键活化反应等领域。而绿色有机合成主要研究无溶剂有机合成、C–H键活化反应。其中，无溶剂有机合成包括富勒烯机械化学和有机小分子机械化学。近年来还开展了将本课题组发展的合成方法学制备的富勒烯衍生物应用于钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池器件中，以期筛选出性能优良的功能富勒烯化合物，获得优异的光电转换效率。
一、富勒烯化学及应用
1. 富勒烯电化学反应及其光电应用
富勒烯电化学，是近年来发展起来的一种新型的合成富勒烯衍生物的方法。本课题组通过采用电化学“极性反转”(Umpolung)策略，高效区域选择性地合成了1,2,3,16-、cis-3'-、“S”-型等新加成模式的富勒烯多加成产物，实现了首例Retro Baeyer-Villiger反应。此外，在惰性气氛中微量氧气的作用下，可以发生意想不到的反应。值得一提的是，将一些电化学合成的富勒烯衍生物应用于太阳能电池中，获得了优良的光电转换效率。
2. 富勒烯无溶剂机械化学反应
富勒烯在有机溶剂中溶解度较差，在溶液相反应中需要大量有机溶剂。为克服这一问题，发展了无溶剂富勒烯机械化学，还意外得到了一些全新反应途径的产物，如哑铃状的C60二聚体（C120）。
3. 内嵌金属富勒烯化学
另一极具特色的研究方向是内嵌金属富勒烯化学，研究了Sc3N@Ih-C80与2-氨基-4,5-二异丙氧基苯甲酸和亚硝酸异戊酯原位产生苯炔的反应或者与芳基叠氮化物反应，生成新型的开孔或闭孔富勒烯衍生物，首次得到了一种氧原子开环桥联及原[2+2]环开环并具有十三元环的新颖内嵌金属富勒烯开孔结构产物，并得到X-射线单晶结构证实。
4. 富勒烯C–H键活化反应
首次将“C–H键活化”策略应用于富勒烯化学，开展了钯催化的富勒烯C–H键活化反应，合成了一系列富勒烯并杂环和全碳环衍生物。
5. 富勒烯传统方法学反应
课题组系统研究了金属盐催化/促进、环加成、亲核加成和自由基加成的富勒烯化学反应。
二、绿色有机合成
1.有机小分子机械化学
1）机械化学反应:
近期机械化学反应(2):
2）有机小分子C–H键活化反应
C–H键活化也是近年来的研究热点，是原子经济性反应，具有选择性好、官能团兼容性高、更加绿色可持续等优点。导向基邻位碳氢键与导向基相邻，更容易与过渡金属形成比较稳定的五元或六元金属环，进而实现对碳碳键或碳杂键的交叉偶联反应。
芳香酮和二氟甲基是非常重要的有机结构单元，广泛存在于医药、农药、染料等精细化工产品中，也是许多生物活性分子以及药物分子的重要中间体。利用钌催化不需要预官能团化，就可以高选择性的实现间位C–H的氟烷基化和羰基化反应。
三、其他
J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15794