1、太阳能电池技术
太阳能的有效利用，是解决环境污染、温室效应和能源危机等问题的迫切要求。太阳能电池基于半导体材料的电子特性，实现光能直接转化为电能。钙钛矿太阳能电池由染料敏化太阳能电池演化而来，不仅具有染料敏化太阳能电池效率高、成本低、工艺简单的优点，而且具有效率更高、全固态、结构多样化、吸光波长可调、光吸收系数高等优点。当前钙钛矿太阳能电池的发展呈现出“百舸争流”之势，最高效率已突破22%。敏化结构的钙钛矿太阳能电池效率最高，其结构类似于染料敏化太阳能电池，包括：光阳极、钙钛矿光敏剂、空穴传输层、对电极。光阳极负载钙钛矿光敏剂，同时收集和传输电子。由此，光阳极的设计对钙钛矿太阳能电池的性能极其关键。最常见的光阳极是比表面积大的锐钛矿TiO2纳米颗粒薄膜。但存在如下问题：纳米颗粒间大量的界面不便于电荷的传输，颗粒薄膜复杂的空隙结构不利于固态空穴传输材料沉积时的渗入，钙钛矿与TiO2界面电荷的传输机理不清晰且存在界面电荷的复合等。如何筑建有序结构的光阳极，同时抑制钙钛矿光阳极界面电荷的复合等问题，这将极大的增强光阳极中电子的传输能力，提高电池的性能。
2、光催化技术
催化技术是一种在能源和环境领域有着重要应用前景的绿色新能源技术。目前，光催化分解水制氢是光催化技术发展的主要研究方向之一，氢能作为一种环境友好的清洁能源，是一种可替代化石能源的重要能源。传统的氢能制备主要是对化石资源进行重整、高温热解或部分氧化等方式来制备氢气，或是对水进行电解或热解等方法制备氢气，这些方法都需要消耗化石能源以及消耗大量能源。光催化水解制氢可以克服太阳能的低密度、不连续等缺点，实现水-能源-水的有效循环，是一种理想的太阳能转化应用的清洁能源制备方式，目前研究开发高效、稳定和廉价的光催化材料和结构是提高水解效率的关键。
3、储能技术
选择合理的有机桥连单元和富勒烯、碳纳米管等结构，构建有实验基础或具备合成制备潜力的复合结构，探求室温储氢质量比和体积比能够同时达标的可能结构；选择合适的化学官能团、金属修饰和有机连接单元寻求实验可行的单层或多层膜方案同时提高氢气的选择性和透过率；通过最新发展的高精度第一性原理方法，理解各种修饰方式改善新型纳米结构氢气过滤和吸附的微观物理机理，建立精确地描述改性设计材料中各类原子之间的力场参数，并通过适合不同时间尺度的分子动力学和巨正则蒙特卡罗方法预测真实条件下的宏观性质。
4、热电转换技术
热电转换自1820年Seebeck观测到信号以来已有近200年历史，它的逆效应Peltier效应已经被广泛用于热电偶、温差发电机以及冷却器等装置中，但热电效应目前还未走向应用。当前，固态微电子学的发展面临的瓶颈就是局部高温热处理问题，因此迫切需要发展出绿色节能的热电转换技术，将部分热回收利用，同样的问题也存在于汽车、飞机等发动机引擎中。利用固体材料中电子的自旋、轨道等自由度，有希望通过理论设计、实验探测和技术改进来实现和控制纯热自旋流的产生、注入和传输，研制出效率更高、功耗更低的信息记录、存储和传输的热电转换器件。