曾獨立獲國家自然科學二等獎、教育部自然科學一等獎、中國控制會議“關肇直獎”、全國優秀博士後和全國優秀博士學位論文獎等學術獎勵或稱號,作為第一完成人曾獲四川省科技進步一等獎,還曾獲法國龐加萊研究所主辦的國際著名期刊《Ann. Inst. H. Poincaré Anal. Non Linéaire》2008年度最佳論文獎,並獲邀在2010年國際數學家大會上作45分鐘報告。
他先後負責國家重點基礎研究發展計畫(973計畫)課題和國家傑出青年基金各一項、國家自然科學基金重點項目兩項。他曾入選第一批國家高層次人才特殊支持計畫(即中組部“萬人計畫”)科技創新領軍人才、中國科學院“百人計畫”、“新世紀百千萬人才工程”國家級人選、教育部“創新團隊發展計畫”(團隊帶頭人)、教育部首屆“新世紀優秀人才支持計畫”、四川省“學術和技術帶頭人”、日本學術振興會(JSPS)的“外國人特別研究員”及西班牙科技部“Investigador de Programa Ramón y Cajal”等。
他先後分別擔任其研究領域中兩份主要國際期刊《SIAM J. Control Optim.》和《ESAIM Control Optim. Calc. Var.》的編委和副主編,及《Acta Appl. Math.》、《J. Math. Anal. Appl.》、《Sci. Rep.》(Nature子刊),《中國科學:數學》(中文版及英文版)等刊編委和《Math. Control Relat. Fields》的主編。
文章發表在諸如英國的《Proc. R. Soc. Lond. Ser. A》,美國的《Comm. Pure Appl. Math.》、《SIAM J. Control Optim.》、《SIAM J. Appl. Math.》、《Arch. Ration. Mech. Anal.》、《J. Differential Equations》和《SIAM J. Math. Anal.》,法國的《Ann. Inst. H. Poincaré Anal. Non Linéaire》、《J. Eur. Math. Soc.》、《J. Funct. Anal.》和《J. Math. Pures Appl.”,以及德國的《Math. Ann.》等國際重要期刊上。其主要工作如下:給出了能觀性估計的直接方法及其在半線性分布參數系統的能控性中的套用;在隨機與確定性拋物型及雙曲型方程的能控性問題的統一處理方面取得了實質性進展,部分解決了前人,如數學控制論名家西班牙的Fernandez和羅馬尼亞科學院院士Barbu等,認為非常困難而沒有解決的正向隨機拋物型方程的能控性(Barbu等曾專門著文分析其困難性);發現了偏微分方程解的整體唯一延拓性質的一個奇異現象,並給出了某些偏微分方程解的整體唯一延拓性質及其在控制論中的套用。
其工作得到國際同行公開的好評,如被認為是“the strongest result”、“The control of PDE cascades or interconnected PDEs is an exciting and challenging problem… An example of such an effort is…by Zhang and Zuazua”、“significant contribution”、“important contribution”、“important paper”、“The difficult question...addressed in work by Zhang and Zuazua”、“very good and important survey”以及“is, surprisingly, easily done”等。其工作被16部專著、20個長篇綜述報告、10位歐美國家科學院院士、3位國際數學家大會一小時報告人所引用。
張旭教授和其已於2014年畢業的博士研究生張海森合作的論文“Haisen Zhang and Xu Zhang, Pointwise second-order necessary conditions for stochastic optimal controls, Part I: The case of convex control constraint, SIAM J. Control Optim., 53 (2015), 2267—2296”被SIAM Review期刊評選為SIGEST論文,並於2018年在該刊第1期的SIGEST專欄上重新刊登。
張旭教授團隊的論文(及後續工作)藉助Malliavin分析發展了一些新的技術,對相當一般的隨機最優控制問題給出了逐點型的二階必要條件,並揭示了它與確定性情形以及擴散項不含控制情形相應問題的本質差別。SIAM Review 責任編委在SIGEST專欄點評該工作時稱“The new techniques developed in these works pave the way for research that investigates other issues concerning high-order optimality conditions for stochastic control”(這些工作中發展的新技術為研究隨機控制高階最優性條件的其它問題鋪平了道路)。