能源與環境是可持續發展的兩大關鍵問題。本方向針對建築領域的節能減排、固廢處理及利用、環境治理領域的土壤保水、納米功能材料的模擬計算、單晶功能材料的開發和生長等進行研究。開發出一種以納米粒子穩泡的泡沫混凝土現澆回填技術，與市面同類方案相比，泡孔大幅減小，施工時節約10-40%水泥原料並降低相應碳排放，隔熱保溫能力提升2-3倍，該技術已用於多項重大工程。以固廢物為原料，開發出低能耗的納米顆粒製備技術，並應用於建築領域，實現再循環利用。開發出一種以水泥為原料，可大規模生產的納米粒子；通過與普通吸水樹脂納米複合，可大幅提升其吸水倍率並固定植物根系附近40%水分避免流失，該產品已進入用戶試用階段。採用第一性原理計算類比原子尺度下的材料結構演變行為以及電子性質，實現光-熱-電-力的多物理場耦合研究。通過生長功能量子材料單晶體並用現代中子及同步輻射散射技術，揭示其宏觀磁-電-熱等有用性能的可靠微觀起源，為優化工藝及規模產業化打下堅實基礎。