隨著全球人口不斷增長，用於生存及經濟發展的能源需求日益增加，材料科學已經成為科學家的興趣焦點。
太陽能電池材料
太陽能作為最清潔的高效能源之一，並從中脫穎而出。
在這個方面，光伏電池是一種能量捕獲技術，其利用光伏效應將太陽能轉化為有用的電能。光伏電池的光電轉換效率是關注的重點。
例如：共軛聚合物被設計用於實現提高光電轉化效率，這為太陽能電池材料的發展開闢了嶄新的研究領域。印刷型太陽能電池亦提供了令人振奮的發展潛力，只要有太陽光的地方，就可用於柔性、低成本的發電技術。此外，科學家亦正在積極研究有機/鈣鈦礦太陽能電池的效率、穩定性及柔性。
電池材料
電池材料在能量存儲與釋放過程中尤為重要。
鋰離子電池（LIB）被認為是最理想的綠色能量存儲和轉化器件之一。
得益於其高能量密度、低自放電率及長循環壽命，可充電鋰離子電池已被廣泛應用於小型（如：便攜式電子設備），以及大型（如：電動汽車）設備。研究人員致力於通過不同的合成方法（超聲波分散法、水熱法、共沉澱法、原位接枝共聚法、噴霧乾燥法等），材料組成及結構用於製備高性能材料。
科學家不僅將原子級薄二維過渡金屬硫化物的應變工程應用於太陽能電池，並且也探索了基於二維石墨烯/砷化鎵的肖特基結太陽能電池。他們還將致力於延長電池壽命、提高能量密度、改善安全性能、降低成本及加快充電速度等研究。
儲能介質
在各種儲能器件中，超級電容器是一種大容量電容器，其電容值遠高於其他電容器，從而填補了電解電容器與可充電電池之間的空隙。
超級電容器具有高能量密度、長的使用壽命、免維護、環保等優點的儲能器件。該研究方向包括超高能量密度的可穿戴水性超級電容器、基於二維分層多孔碳納米片的柔性超級電容器、防水、超高面積比電容及可穿戴的超級電容器織物。以石墨烯為例的二維材料在能量存儲方面具有廣闊的潛力，包括用作製造透明、柔性、低溫及可溶液加工的石墨烯複合電極。
建築節能材料
建築節能技術概念因其環保和節能而有望得到普及。
建築節能材料遍及自然材料至人造植物基聚氨酯泡沫材料。聚氨酯材料是目前世界上性能最佳的保溫材料。硬質聚氨酯則具有輕質、低熱導率、好的耐熱及抗老化性等優點。
