主要从事酶工程与化学生物学研究，围绕金属酶催化反应机理不明确，电子传递路径及还原蛋白不清楚的科学问题，通过发展非天然氨基酸进行蛋白质理性设计的研究工具，设计构建激活氧气的血红素蛋白以及参与电子传递的含铜蛋白，并探究反应机理。前期工作中以肌红蛋白为骨架，构建了细胞色素c氧化酶的模型蛋白；基于模型蛋白，研究了关键残基的作用、表征了氧气激活过程中的反应中间体，阐述天然蛋白的机理和电子传递过程；通过电子传递的优化，在国际上首次在人工设计的金属酶中实现了超过天然酶的酶活。