从事化学电源及储能技术相关研究，如锌电池及电化学氨气压缩等存在的关键科学与技术问题开展研究工作。（1）通过原子尺度调控纳米催化剂表面配位微环境，解决氧还原、氢氧化、析氢电催化剂本征活性低及质量比活性低的问题。（2）通过降低锌电极表面双电层内吸附水及锌离子溶剂化层中水的活度，解决水系电解液中锌电极侧析氢水分解、锌枝晶生长及可逆性低等科学问题。（3）通过将电化学氢泵体系扩展，采用氢气作为氨气分子传递的载气，实现高效率电化学压缩氨气。研究成果对于推动高安全性、低成本的化学电源及储能系统的发展，具有重要意义。相关研究工作相继发表在Nature Nanotech.（1篇）、Angew. Chem. Int. （3篇）、JACS（1篇）、Chem（1篇）、Nature Com.（2篇）、Nano Energy（1篇）等国际重要刊物上20余篇。申请中国专利16项，授权5项。
[1] Cao, L.#; Soto, F. A.#; Li, D.; Deng, T.; Hu, E.; Lu, X.; Cullen, D. A.; Eidson, N.; Yang, X.-Q.; He, K.; et al. Pd-Ru pair on Pt surface for promoting hydrogen oxidation and evolution in alkaline media. Nature Communications 2024, 15 (1), 7245.
[2] Li, D.*; Yu, Y.; Zhao, W.; Wang, F.; Su, Y.*; Cao, L.* Rechargeable Zinc-Water Battery for Sustainable Hydrogen Generation. Nano Energy 2024, 109806.
[3] Cao, L.#; Li, D.#; Soto, F. A.#; Ponce, V.; Zhang, B.; Ma, L.; Deng, T.; Seminario, J. M.; Hu, E.; Yang, X. Q.; Balbuena, P.*; Wang, C.* Highly reversible aqueous zinc batteries enabled by Zincophilic–Zincophobic interfacial layers and interrupted hydrogen‐bond electrolytes. Angewandte Chemie International Edition 2021, 60 (34), 18845-18851.
[4] Cao, L.#; Li, D.#; Pollard, T.; Deng, T.; Zhang, B.; Yang, C.; Chen, L.; Vatamanu, J.; Hu, E.; Hourwitz, M. J.; Xu, K.*; Borodin, O.*; Wang, C.* Fluorinated interphase enables reversible aqueous zinc battery chemistries. Nature nanotechnology 2021, 16 (8), 902-910.
[5] Cao, L.#; Li, D.#; Hu, E.; Xu, J.; Deng, T.; Ma, L.; Wang, Y.; Yang, X.-Q.; Wang, C.* Solvation structure design for aqueous Zn metal batteries. Journal of the American Chemical Society 2020, 142 (51), 21404-21409.