1987年毕业于吉林大学物理系固体物理专业，1990年在该校化学系物理化学专业获硕士学位。1992年－1994年作为中日联合培养的博士生在日本东京大学留学，回国获博士学位（导师：李铁津）。1994年－1996年在日本东京大学做博士后（合作导师：Akira Fujishima）。1996年－1999年在日本神奈川科学院任研究员。1998年入选中国科学院“百人计划”。1999年至今，中国科学院化学研究所研究员；2004年-2006年兼任国家纳米科学中心首席科学家；2008年至今，兼任北京航空航天大学化学与环境学院院长；2009年当选中国科学院院士。

主要从事交叉科学领域仿生智能界面材料的合成、制备及应用的研究工作，首次提出了“纳米界面材料的二元协同效应”，为仿生界面材料体系的发展提供了新方法。撰写专著《仿生智能纳米界面材料》一部（后被译成英文版《Bioinspired Intelligent Nanostructured Interfacial Materials》出版）。迄今发表SCI论文400余篇，被引用14000余次，9次作为Highlight在Science，Nature 及其系列杂志报道，重要论文包括：Nature（2篇），Nature Nanotechnology（1篇），Chem. Soc. Rev.（3篇），Acc. Chem. Res.（3篇），J. Am. Chem. Soc.（15篇），Angew. Chem.（17篇），Adv. Mater.（40篇）。已获发明专利授权40余项。兼任《Solid State Science》亚洲区编辑，《Soft Matter》副主编，《Advanced Functional Materials》、《Small》、《Langmuir》、《Biomicrofluidics》、《Nano Research》、《Asia Materials》、《无机化学学报》等杂志的编委。