20世纪50年代初的一天，张存浩在北京遇到了东北科研所大连分所（中国科学院大连化学物理研究所前身）所长张大煜，并应邀到大连参观。在大连分所，张存浩看到了很多当时在国际上都堪称精良的先进仪器设备，认定这里是做科研的好地方。1951年春，他谢绝包括北京大学在内的4所北京地区高校和研究单位的聘请，告别姑父、姑母，只身奔赴大连。

当年，我国只在玉门有很小的油田，石油资源十分紧张，西方国家的封锁使燃油形势更加紧张。为解国家急需，刚刚被分配到“燃料第一研究室”工作的张存浩，毅然接受了所长张大煜交给的任务，投身水煤气合成液体的研究中。

当时，用煤合成液体燃料用的是稀少昂贵、催化效率不高的钴催化剂。张存浩与楼南泉、王善鋆等人在短时间内，创造性地研制出了高效氮化熔铁催化剂，并建立了流化床水煤气合成油工艺体系。最终，每立方米水气的乙烯及三碳以上产品的产率超过200克，超过当时国际最高水平的160克。

20世纪60年代，国际形势骤变，迫使中国急需独立自主地发展国防技术，之前从未见过火箭和发动机的张存浩迅速转向火箭推进剂和燃速理论研究。他率领团队冒着生命危险在火箭试车台上做固液型火箭发动机实验，经数千次实验，先后研制出液体氧化剂喷注器等关键部件。

20世纪70年代，为应对国外挑战，激光成为国家战略前沿课题。1973年1月，在人、财、物匮乏的条件下，大连化物所组建了激光化学实验室，张存浩被任为实验室首任主任。

“搞激光比搞火箭推进剂还难，主要是一无所有。资料、仪器、设备都缺，光谱仪、示波器什么都没有。”张存浩说，为了研究这项高新技术，他再一次“改行”。愈是新的、难的前沿研究，张存浩就愈不惧怕。他常说，“在科研上，一样‘不入虎穴，焉得虎子’”。

作为激光化学实验室第一批组员，现任中国科学院院士沙国河回忆道：“在他手下干事是非常有压力的，因为他非常着急，想尽快把化学激光搞上去。他也不说什么，但就是每天来检查工作，问你有什么进展。要是总没有进展的话，你自己也会不好意思的。”因为这一特点，张存浩还得了一个“张着急”的绰号。半年内，这个刚刚成立的实验室便将激光的功率从0.3瓦提升至100瓦。

当时，超音速燃烧型氟化氢/氟化氘激光器的研制在国外也刚刚起步。他大胆选择不依靠国外文献的路子，自己独立摸索进行燃烧体系研究。在研制过程中，张存浩对科技创新有了全新的认识：“有时我们要走与外国人不同的技术路线，并不是我们想要标新立异，而是因为外国人在关键技术的应用研究上常常是把走不通的路线发表了，而把走通了的路线严格封锁起来。所以在确定研究路线时，一定要解放思想，保持清醒的头脑。”

此后，他率领团队解决了化学激光关键技术，并成功研制出我国第一台连续波超音速化学激光器，其整体性能指标达到当时世界先进水平；1985年，他在国际上首次研制出放电引发的脉冲氧碘化学激光器；1986年，他出任大连化物所所长，开始了“科研管理一肩挑”的学术生涯；1992年，他领导的团队又研制出我国第一台连续波氧碘化学激光器。在他的带领下，我国激光器整体性能始终保持在国际先进水平。

程开甲和张存浩（右）获国家最高科学技术奖后在大会现场合影留念

张存浩还开创了我国分子反应动力学的研究，并在国际上率先提出了近红外化学激光的设想。而后，他又尝试利用拉曼介质与强激光相互作用，发展化学激光特定波长可变的技术。其成果被国际同行高度关注和肯定。