她于1993年创立天然高分子与高分子物理科研组，并一直致力于天然高分子的基础和应用研究，包括它们的结构、分子尺寸、链构象，以及天然高分子基功能材料的制备和构效关系。面对最难溶解的大分子她开创了一系列崭新的无毒、低成本的“绿色”溶解技术，发现NaOH/尿素水溶液冷却到低温可溶解难溶性纤维素、甲壳素甚至聚苯胺。同时，首次提出低温下大分子同溶剂分子形成较稳定的氢键键合物，导致溶解的新机理，并证明低温溶解技术和理论具有一定普适性。同时，利用低温溶解的纤维素、甲壳素、壳聚糖和聚苯胺溶液直接构建出一系列新型功能材料，并揭示它们优良的性能及其构效关系。这些材料在生物医学、能源储存、污水处理和纺织制造方面很有应用前景，并将引导未来实施可持续的社会。

　　基础研究成果已在国际SCI源刊发表论文600余篇，被他人引用18000次以上；主编专著16部；获准专利100余项。由于她取得重大的原始创新成果，美国化学会授予她2011年度国际可再生资源领域最高奖——安塞姆·佩恩奖，同时也是获得该奖的首位中国科学家；2016年英国皇家化学会“Chemistry World”对她进行题为“中国‘绿色’化学先驱”的人物专访报道。

　　此外，她还荣获国家自然科学奖二等奖1项（2012年）和全国优秀教师（1993年）及全国先进工作者（2000年）等国家级荣誉。

　　张俐娜团队突破高分子在有机溶剂中加热溶解的传统方法，开创出低温水体系溶解大分子新方法，并提出新机理。成功实现难溶性纤维素、甲壳素及壳聚糖在碱/尿素水溶液低温溶解，并证明氢键驱动的低温溶解大分子的理论具有一定普适性。表征了它们的分子量和链构象，证明它们在溶液中呈刚性链，并且容易平行聚集形成纳米纤维。同时，团队利用低温溶解的纤维素、甲壳素或壳聚糖溶液，通过物理再生的“绿色”过程成功制备出膜、丝、微球、气凝胶、水凝胶及塑料。证明这些材料具有优良的性能，如生物相容性、促进细胞粘附和增殖、高力学强度、灵敏的(力、pH、温度、磁)响应性、分离吸附性、长余辉光、导电性及高电容量和长循环寿命等。这些基于天然高分子的新功能材料在生物医用、光电储能材料、“绿色”催化领域具有应用前景，而且可促进社会持续发展。