计算化学研究所在催化剂与材料的电子结构、反应过程与分子设计研究领域不断开展具有自主知识产权的原始性科技创新，研究成果将促进无机、有机功能材料在能源、环境等领域的应用。计算化学研究所以“催化与材料的基础理论研究”为出发点，科研方向涵盖基于机理的催化剂分子设计、多相催化体系的理论研究、超分子插层材料以及功能材料的电子结构、分子光化学与光功能材料的理论研究等研究方向。采用理论及计算化学方法开展基于机理和结构的功能分子设计及其作用机理研究，将催化，材料，药物化学学科相结合从原子和分子层次等多尺度开展进一步研究工作，建立功能分子结构等因素与分子性质的构效关系，揭示功能有机分子的作用机制，实现原子经济有效性，揭示分子反应的实质，总结化学现象的基本规律，进行相应的催化剂分子设计，药物分子设计以及材料分子设计，设计、开发及合成具有潜在活性的功能分子。
均相催化反应的理论研究
由于催化过渡金属反应在工业和合成过程中的应用，采用从头计算分子轨道法(MO)和密度泛函理论(DFT)方法研究了一系列过渡金属催化化学反应。我们主要研究过渡金属手性催化的反应机理，涉及到二氧化碳、氮气、氢气、乙烯等小分子催化活化反应，涉及置换、迁移插入、氢转移、氧化加成/还原性消除、转位和亲核加成等各类基本反应。
超分子插层材料以及功能材料的电子结构
水滑石(LDH)因其特殊的层状结构、层间距可调性和层间阴离子可交换性，受到人们的广泛关注。经离子交换，向层间引入新的客体阴离子或分子，可使层状结构和组成产生相应的变化,得到不同结构的具有有机(或聚合物)和LDH优点的特殊性质的功能材料。研究所采用密度泛函理论(DFT)方法研究了超分子插层材料以及功能材料的电子结构，从理论上构建了LDH的主体-客体相互作用模型，揭示了相互作用的本质和插层材料的调控及构筑规律。
表面催化反应的理论研究
采用理论与计算化学方法研究多相催化反应，构建符合真实反应过程的多尺度的多相催化反应模型，计算真实环境下的多相催化反应的反应路径，确定催化活性中心，模拟探索多相催化反应的活性描述数据，揭示催化反应机理和催化材料构效关系，发展多相催化理论。面向小分子活化与能源催化，为实验上有针对性的定向合成催化反应所需的表界面结构和活性中心提供重要的理论参考。
计算生物物理化学
三维结构和动力学与生物分子的功能密切相关。生物分子模型为研究分子在原子水平上的动力学与功能、突变效应或pH之间的关系提供了一种实用的方法。利用模拟方法和强大的超级计算机设备，计算大分子的热力学和动力学特性是可行的。它们对设计生物分子靶点新药具有重要意义。研究所在分子动力学模拟、计算机辅助药物分子设计和过渡金属生物分子系统催化反应的QM/MM研究方面做了一些探索工作。
J软件开发
开发方便便捷的分子图形软件，构建分子结构建模和显示，搭建分子化学对称性教学平台，进行分子结构信息的数据处理和构效关系的研究，构筑基于催化反应的配体数据库，开展基于机理的高活性高选择性催化剂的分子设计。