物质结构中心主要研究方向和内容如下：

1、功能分子与材料结构动力学：利用时间分辨光谱、瞬态光电测量、生物光学成像等方面的先进技术手段，从事功能分子与材料体系的激发态动力学研究，在光合作用原初过程、光电转换过程、抗氧化自由基反应动力学、原位-实时-活体生物光学成像等研究方向有长期研究积累。

2、神经电化学分析：长期致力于脑化学测量的重大科学问题攻关，从基础电化学原理出发，聚焦脑组织/电极生物界面调控，在活体、单细胞、单实体多维度层次开展脑化学分子机制的深入研究，系统阐述“认识脑”到“保护脑”的化学语言。

3、理论化学与计算化学：主要进行含过渡金属大分子体系的分子模拟和理论计算，包括三方面的研究：金属酶催化反应机理及光谱的理论研究；生物无机及金属有机反应机理的理论研究；异相催化反应机理研究。

4、环境催化与能源催化：基于光/光电催化绿色技术，开发设计各类高效光/光电催化系统，对水体污染物进行控制处理与资源化；深入探究催化反应的机理与动力学，揭示催化剂表面活性位点与反应中间体的相互作用，并将研究进展转化成相关技术。

5、超快反应动力学：利用飞秒时间分辨瞬态吸收光谱等技术研究石墨相氮化碳、铅卤钙钛矿等新型半导体材料的载流子动力学过程，理解其光物理性质和过程的内在原因，揭示其内在性质和外在性能的本质联系，为相关材料的性能提升和应用提供实验指导。