大气中复杂的化学反应及其组分变化对空气质量、人类健康、生态系统和气候变化产生重要影响，该研究从大气中主要发生的非均相反应机理、多相化学机制、云雾化学过程等出发，系统阐述大气典型大气化学反应形成雾霾污染的成因机制、大气环境健康等，揭示含铁矿尘表面吸附氧及表面羟基形成硫酸盐的反应机理（ES&T, 2001；ES&T, 2006），打破了国际上混合气溶胶形成硫酸盐表现出完成不同于单一组分的特性的原有认识，并发现气-水界面有机物光诱导反应机理（JACS, 2015；ES&T, 2022）；主导开展我国超大城市、农村污染地区、高山、长江江面、近海海面（njp CAS, 2022）等特色外场观测，发现超大城市有机胺成核机制（Science, 2018），提出我国PM2.5爆发增长大气化学诱导机制及调控原理（Environ. Poll., 2019）以及云雾水化学过程有机物的形成机制（iScience, 2023）；创新研制出国际首台气溶胶富集浓缩系统（US11733133B2, 2023），成功实现了更小粒径的PM1.0化学组分在线识别并发现NO2-含量丰富具有潜在的健康风险（ES&T, 2021）, 揭示了微纳塑料已经成为城市大气PM2.5重要组分（ES&T, 2024），阐明了生物基聚乳酸微塑料在胃肠道酶解产生过量的纳米塑料颗粒具有生物积累及急性炎症效应（Nat. Nanotech., 2023）。研究成果为改善区域空气质量与控制策略提供了科学支撑。