光合作用为世界上几乎所有的生命体提供赖以生存的物质和能量，放氧光合作用还维持着地球的大气环境。由于自然环境的不断变化，太阳光的辐照强度短时间内可呈现十几倍的差异。为此植物进化出非常精巧的调节机制；在低光照条件下开启高效捕光的功能，将激发能高效地传给反应中心进行后续的光合作用，在高光条件下将激发能通过热的形式耗散掉，从而切断能量传递通路，避免过量的光能所造成的辐射损伤，实现其光保护功能。因此研究光合作用体系能量传递、耗散等过程与蛋白质结构之间的关系在提高光合模拟器件能量转移效率、植株修饰粮食增产等方面具有重要意义。

脉冲升温-纳秒时间分辨中红外光谱研究蛋白动态结构与功能之间的关系，飞秒时间分辨可见光二维电子光谱研究光合捕光天线蛋白之间能量传递转移等过程的路径、相干现象等。

二维过渡金属硫族化合物（TMDCs），拥有优良的光电特性。所以，TMDCs材料近些年在光电催化、光电器件、能量存储、自旋和谷电子学方面得到了科研者广泛的研究。非辐射能量耗散在单层或者少层TMDCs材料的各种应用中起着非常重要的作用。目前我们的研究主要是利用可见，近红外以及中红外探测的瞬态吸收光谱技术，对少层二维材料中光生载流子动力学过程以及新物理现象等进行研究。

半导体纳米材料是当前光催化和光伏器件研究中的重要材料之一。材在料纳米晶化过程中引入了大量的表面缺陷和体相缺陷态,这些缺陷态的能级分布在带隙之间，形成光生载流子的束缚中心，其结果是降低了光生电子的还原能力，空穴的氧化能力以及光伏电池的电动势。为了研究中间能级在半导体材料能隙中的分布，我们建立了光催化半导体纳米材料带隙中间态能级测量方法，即带隙激发扫描-瞬态红外光谱法（Transient Infrared Absorption - Excitation Energy Scanning Spectra，TIRA-EESS），同时结合飞秒时间分辨可见-中红外瞬态光谱对材料光生电荷的动力学进行研究。

生物大分子的结构和动态学特征是其行使功能的基础，获得高时空分辨的生物大分子结构和动态学特征对了解生命活动本质、疾病机制及药物开发等具有重要意义。因此，在生理条件下对生物分子结构、动态和机理研究是分子生物学领域的前沿方向。我们致力于开发和构建兼具纳米级空间分辨（横向分辨率~1 纳米、纵向分辨率~0.1 纳米）和亚秒级时间分辨（成像速度可达20 帧/秒）的多功能高速原子力显微镜生物平台，并利用其原位探究蛋白质分子（或其它生物分子）在生理环境下的自组装、结构变化、动力学及分子之间相互作用机理等。