实验室瞄准非共价相互作用的精准探测和操控重大科学问题，面向同位素分离和肿瘤诊疗领域的国家重大需求，布局物质功能的微观结构机制、分子限域结构与同位素小分子分离、多级光电结构与肿瘤标志物识别等三个研究方向，发展原创的物质结构测量、设计和精准构筑方法，引领结构化学国际前沿。

方向一：物质功能的微观结构机制

利用同步辐射光源等重大科技基础设施，发展外场作用下电子结构原位精准测试的新原理和新方法，结合超快时间分辨谱学手段，突破宏观尺度材料非共价相互作用瞬态电子结构和激发态的原位探测技术，研究物质激发态动力学，阐明物质功能态微观物理机制。利用大数据、人工智能技术构建新功能结构智能设计数字化平台，发展功能结构的智能设计和材料的精准组装新方法，揭示限域结构、多级结构在聚集组装中的功能协同调控机制，为小分子分离材料和肿瘤标志物识别材料的设计组装与性能优化提供新方法、新理论。

方向二：分子限域结构与同位素小分子分离

围绕“分子-分离介质”相互作用力的调节与放大关键基础科学问题，重点发展利用非共价相互作用调控限域结构与同位素小分子识别的新方法，为同位素小分子分离材料高效化提供新策略。基于非共价相互作用精准识别与操控，发展高稳定、高选择性的限域结构合成方法，研究同位素小分子动态识别行为和限域结构实时演变规律；通过理论计算和实验验证，阐明同位素小分子识别过程中非共价相互作用（如氢键和范德华作用力）的微观物理机制；利用非共价相互作用调控并放大限域结构对医用同位素小分子（如碳-13、氮-15和氧-18等）的精准识别能力，高效分离和富集同位素小分子，为同位素小分子分离材料高效化提供新策略。

方向三：多级光电结构与肿瘤标志物识别

发展非共价相互作用调控光电分级结构组装及其电子结构的新策略，定向设计稀土等高光效多级结构，研究基质形貌组分、尺寸、表/界面、相态、缺陷等微观结构对多级光电结构发光性能的影响，聚焦“靶向分子-靶点”间相互作用，揭示稀土多级光电结构靶向材料与肿瘤标志物的超快、超灵敏特异性识别作用机制，建立高分辨稀土光学、放射性核医学等多学科交叉的肿瘤诊断放疗一体化应用新方法，为肿瘤重大疾病早期诊疗变革性方案提供原创材料支撑。