晶体缺陷与掺杂理论
晶体，不管是天然的还是人工的，总是不可避免地伴随着缺陷。 对于不少晶体，特别是半导体，正是缺陷给了它们生命力和丰富多彩的特性。 理解各种晶体中的缺陷，以及进一步通过掺杂来控制晶体中的缺陷来实现晶体的新功能， 是现代材料科学的重要分支。研究组旨在通过理论模拟来研究新型的磁性半导体， 高性能的光伏太阳能电池材料和储氢材料。
有机/无机界面
有机半导体由于可通过随意“组装”和“剪裁”实现丰富的性能，近年来一直广受人们的关注。 界面接触对基于有机半导体的器件性能起着决定性的制约作用。 本研究方向旨在通过理论模拟有机/无机界面结构，研究此类界面的电子性质， 为实际的器件设计提供有益指导。
结构稳定性
结构决定性质。结构稳定性研究在材料设计中重要的课题。 我们关注合金结构和晶格团簇，可以通过对称性严格检查结构等价性， 并提出了有效的编号方法来识别结构，结合第一原理的高通量计算对结构数目较少的体系进行遍历搜索， 并根据成键环境建立有效相互作用模型，进一步蒙特卡洛树搜索等方法搜索可能稳定或者具备特殊性能的材料。
表面吸附与催化
如果要选20世纪对人类影响最大的科技发明，得票最多应该不是电脑的发明， 而是一个在高温高压下通过铁化合物催化剂实现氨合成的技术（Haber-Bosch process）， 因为这一技术提供了大量的化肥而促进了全球粮食产量而引爆了二十世纪的人口爆炸。 可见催化对人类生活的影响之巨大。但是在一些应用和研究的好几十年的“简单”体系的催化机制仍不清楚， 如CO在铂表面的氧化。研究组旨在通过研究小分子与过渡金属合金表面的相互作用，来设计更加有效和便宜的催化剂，使我们生活的世界变得更加美好