中国科学院院士，发展中国家科学院院士，英国物理学会会士，英国皇家化学会会士，中国微米纳米技术学会会士。1983年毕业于长春工业大学，1984年留学日本，1990年获东京大学博士，1991-1993年东京大学和国立分子科学研究所博士后。1993年6月回北京大学任教，同年晋升教授。 

现任九三学社中央委员会副主席、北京市委主委，全国政协常委、北京市政协副主席，第十二届全国人大代表。中关村石墨烯产业联盟理事长和专家委员会主任委员，中国国际科技促进会副会长，教育部科技委委员及学风建设委员会副主任和国际合作学部副主任等。“物理化学学报”主编、“科学通报”副主编。中国化学会常务理事及纳米化学专业委员会创始主任、中国微米纳米技术学会常务理事。曾任北京大学现代物理化学研究中心主任（1995-2002），物理化学研究所所长（2006-2014），北京市科委挂职副主任（2016.5-2017.5），北京市低维碳材料工程中心主任，国家攀登计划（B）、973计划和纳米重大研究计划项目首席科学家，国家自然科学基金“表界面纳米工程学”创新研究群体学术带头人（三期）等。

主要从事石墨烯等纳米碳材料研究，在石墨烯、碳纳米管的化学气相沉积生长方法研究领域做出了一系列开拓性和引领性的工作，是国际著名石墨烯专家。发表SCI检索学术论文550余篇，申请中国发明专利80余项。曾获日中科技交流协会“有山兼孝纪念研究奖”（1992）、香港求是科技基金会杰出青年学者奖（1997）、中国分析测试协会科学技术奖一等奖（2005）、教育部高等学校科学技术奖自然科学一等奖（2007）、国家自然科学二等奖（2008）、中国化学会-阿克苏诺贝尔化学奖（2012）、宝钢优秀教师特等奖（2012）、日本化学会胶体与界面化学年会Lectureship Award（2016）、北京大学方正教师特别奖（2016）、“北京市优秀教师”称号（2017）、国家自然科学二等奖（2017）、ACS Nano Lectureship Award（2018）等。