1984年，从湖南大学化工系毕业后考入中国科学院金属研究所，先后获得硕士、博士学位。
1990年，前往日本通产省工业技术院九州工业技术研究所学习。
1993年，进入中国科学院金属研究所工作，先后担任副研究员、研究员、所长助理、副所长、常务副所长、党委书记 。
2001年，担任沈阳材料科学国家（联合）实验室先进炭材料研究部主任。
2002年，担任碳国际会议共同主席。
2005年，兼任澳大利亚昆士兰大学功能纳米材料研究中心、化工系名誉教授。
2009年，担任国家创新研究群体科学基金项目负责人。
2013年，入选百千万工程领军人才。
2016年，加盟清华-伯克利深圳学院，创建低维材料与器件实验室并担任主任。
2010年，荣获“何梁何利基金科学与技术进步奖”。
2013年，当选为中国科学院院士。
2014年，被增选为第三世界科学院院士。
2015年，荣获“辽宁省十大杰出青年”称号。
2006年，研究项目《单壁和双壁碳纳米管的制备和研究》荣获“国家自然科学二等奖”。
2010年，荣获“国防科技进步二等奖”。
2017年，研究项目《高质量石墨烯材料的制备与应用基础研究》荣获“国家自然科学二等奖”。
2020年，研究项目《光催化材料的能带与微观结构调控》荣获“国家自然科学二等奖”。
