土壤污染、酸化退化与碳密度降低是亟须解决的重大挑战，其中关键科学问题是土壤精准绿色修复原理，基础是微界面行为识别，核心是长效绿色调控材料。生物炭在土壤固碳、减排、修复领域应用潜力巨大。经深入系统研究，在土壤动态微界面行为、生物炭多级结构与效应调控、土壤固碳修复原理等取得重要进展：（1）建立了有机污染物与土壤有机质相互作用和反应的原位动态识别方法，提出了有机质吸附-相变-锁定有机物三步作用机理，被国际同行称为Chen-Xing相变模型(Chen-Xing’s phase transition model)。（2）揭示了生物炭中元素-相态-表面-分子的多级结构本质特征及其定量规律，拓展了碳基材料内外层多维结构的认知，提出了生物炭表面酸/碱官能团种类、含量及解离常数 pKa集成表征方法，突破了复杂固体表面pKa精确定量的国际难题。（3）揭示了生物炭的多级结构与效应关系及其精准调控原理，首次报道富铁的磁性生物炭，开启了生物炭功能化研究新方向；提出富硅生物炭(Sichar)新概念得到2018年诺贝尔化学奖获得者Arnold院士高度赞赏。（4）发展了生物炭调控土壤固碳减排修复的一体化原理，提出了生物炭增强吸附富集-强化土著微生物降解的修复方法，建立了碳-硅耦合土壤固碳减排修复理论，为土壤安全调控提供科学依据。