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司徒塔特的研究領(lǐng)域主要為超分子化學(xué)和分子機(jī)器。他基于分子機(jī)械互鎖結(jié)構(gòu)創(chuàng)造性地發(fā)展出了一種全新的人工合成分子機(jī)器，有別于傳統(tǒng)化學(xué)價(jià)鍵理論，該機(jī)械鍵概念為化學(xué)領(lǐng)域的進(jìn)一步拓展做出了里程碑式的貢獻(xiàn)。他與索維奇共同開(kāi)拓的基于非共價(jià)鍵作用的模板合成法大大提高了機(jī)械互鎖分子機(jī)器的合成效率。他合成出由熱能驅(qū)動(dòng)的分子機(jī)器原型—分子梭，以及可以對(duì)外部刺激做出響應(yīng)的分子開(kāi)關(guān)等。通過(guò)構(gòu)筑能量棘輪，他巧妙地設(shè)計(jì)合成了可以對(duì)外做功的真正意義上的分子機(jī)器—分子泵。同時(shí)，司徒塔特將分子機(jī)器的概念拓展到了各種應(yīng)用領(lǐng)域，比如基于分子尺寸的高密度存儲(chǔ)器件等。此外，他不僅在分子級(jí)別上實(shí)現(xiàn)了如奧林匹克環(huán)、博羅米恩環(huán)等具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜體系，還進(jìn)一步將超分子化學(xué)與拓?fù)鋵W(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，提出了“機(jī)械立體化學(xué)”的概念，推動(dòng)了分子拓?fù)鋵W(xué)在化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。他和相關(guān)科學(xué)家的有關(guān)分子機(jī)器的工作打開(kāi)了化學(xué)領(lǐng)域一扇新的大門，將人類“機(jī)械文明”帶入到了一個(gè)全新的分子維度。因在分子機(jī)器的設(shè)計(jì)與合成方面的開(kāi)拓性貢獻(xiàn)榮獲2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)（2016年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉！）。他是機(jī)械互鎖型分子及分子機(jī)器領(lǐng)域的創(chuàng)始人和重要奠基人，迄今已在Nature、Science等發(fā)表論文1270余篇，在全球范圍內(nèi)被引用超過(guò)14萬(wàn)次，其開(kāi)創(chuàng)性研究獲得100余項(xiàng)國(guó)際獎(jiǎng)項(xiàng)和榮譽(yù)。