2023年化學(xué)與材料科學(xué)研究十大熱點(diǎn)前沿公布
2023-11-30
11月28日，中國科學(xué)院與科睿唯安聯(lián)合發(fā)布的《2023研究前沿》報告，遴選出2023年全球較為活躍或發(fā)展迅速的128個(gè)研究前沿，并對相關(guān)學(xué)科的發(fā)展趨勢和重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了研判。
報告遴選的128個(gè)研究前沿包括110個(gè)熱點(diǎn)前沿和18個(gè)新興前沿，涵蓋農業(yè)科學(xué)、植物學(xué)和動(dòng)物學(xué)，生態(tài)與環(huán)境科學(xué)，地球科學(xué)，臨床醫學(xué)，生物科學(xué)，化學(xué)與材料科學(xué)，物理學(xué)，天文學(xué)與天體物理學(xué)，數學(xué)，信息科學(xué)，經(jīng)濟學(xué)、心理學(xué)及其他社會(huì )科學(xué)等11個(gè)高度聚合的大學(xué)科領(lǐng)域。化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點(diǎn)前沿主要分布在電化學(xué)、納米材料、有機化學(xué)、新興交叉等研究方向。其中，人工分子機器和機械化學(xué)都是第二次入選Top10 熱點(diǎn)前沿。
- 電化學(xué)方向有4項，分別為海水電解催化劑、電催化硝酸根還原合成氨、陰離子交換膜燃料電池、電催化合成過(guò)氧化氫。
- 納米材料方向有3項，分別為高熵合金催化劑、量子點(diǎn)發(fā)光二極管、二維晶體管。
- 有機化學(xué)方向有2項，分別為人工分子機器和超分子粘合劑。
海水電解催化劑：海水電解不僅是一種生產(chǎn)清潔氫能的可行方法，而且對海水淡化也具有重要意義。然而，與析氧反應同時(shí)發(fā)生的析氯反應極大地影響了海水電解的整體性能。因此，海水電解的實(shí)施需要高效、耐用的電催化劑，特別是陽(yáng)極催化劑，以保證析氧反應免受氯化物腐蝕。
該前沿的11篇核心論文涉及陽(yáng)極析氧催化劑和陰極析氫催化劑，重點(diǎn)是析氧催化劑。研究人員使用鎳、鐵、鈷等活性元素制備催化劑，實(shí)現了常溫、堿性、工業(yè)電流密度條件下長(cháng)時(shí)間高效電解海水，超過(guò)了商業(yè)銥基催化劑的表現。電催化合成過(guò)氧化氫：作為一種高價(jià)值的環(huán)保型氧化劑，過(guò)氧化氫被廣泛用于廢水處理、化學(xué)品合成等過(guò)程。但是，當前工業(yè)上合成過(guò)氧化氫需使用高能耗的蒽醌工藝，成本高昂，不適合于現場(chǎng)按需制備。通過(guò)兩電子氧還原反應或者兩電子水氧化反應電催化合成過(guò)氧化氫，可以實(shí)現按需現場(chǎng)合成，是一種富有前景的替代過(guò)程。然而，研發(fā)用于該過(guò)程的廉價(jià)、高效、高選擇性的電催化劑仍具挑戰。該前沿的39篇核心論文涉及催化劑研究和電極設計，主要是前者。研究人員不僅研究了用于氧還原反應的金屬單原子（例如，鈷、鉬）、碳基材料等催化劑類(lèi)型，還研究了用于水氧化反應的金屬氧化物（例如，BiVO4）等催化劑類(lèi)型。在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域共有2項研究入選新興前沿，且均與能源的轉化和存儲相關(guān)。“高性能HER和ORR光催化劑的開(kāi)發(fā)及其在太陽(yáng)能燃料合成中的應用”主要涉及利用光催化劑，如共價(jià)有機框架化合物和金屬氧化物半導體等，通過(guò)氫還原反應（HER）和氧還原反應（ORR）將太陽(yáng)能轉化為綠色燃料，如氫氣和雙氧水。“聚合物介質(zhì)電容器的制備”主要涉及利用聚合物作為電容器的介質(zhì)，調整其組成和結構，實(shí)現電容器能量密度和放電效率的同時(shí)提高。當天同時(shí)發(fā)布了《2023研究前沿熱度指數》報告，評估了世界主要國家和地區在128個(gè)研究前沿中的研究活躍程度。報告顯示：在11大學(xué)科領(lǐng)域整體層面，美國仍是最為活躍的國家，中國繼續排名第二，中美之間的差距在縮小。排名前五的國家還包括英國、德國和法國。分領(lǐng)域比較來(lái)看，美國在地球科學(xué)領(lǐng)域、臨床醫學(xué)領(lǐng)域、生物科學(xué)領(lǐng)域、物理學(xué)領(lǐng)域、天文學(xué)與天體物理學(xué)領(lǐng)域和數學(xué)領(lǐng)域這6個(gè)領(lǐng)域的研究前沿熱度指數得分排名第一，其他5個(gè)領(lǐng)域排名第二，表明其基礎研究活躍程度整體較強。中國在農業(yè)科學(xué)、植物學(xué)和動(dòng)物學(xué)領(lǐng)域，生態(tài)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域，信息科學(xué)領(lǐng)域和經(jīng)濟學(xué)、心理學(xué)及其他社會(huì )科學(xué)領(lǐng)域這5個(gè)領(lǐng)域均排名第一，在物理領(lǐng)域和數學(xué)領(lǐng)域排名第二，在生物科學(xué)領(lǐng)域排名第三，在地球科學(xué)領(lǐng)域、臨床醫學(xué)領(lǐng)域和天文學(xué)與天體物理學(xué)領(lǐng)域分別排名第五、第九和第八名。值得一提的是，十一大學(xué)科領(lǐng)域中，中國在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域排名第一的前沿為8個(gè)，遠遠超過(guò)美國的3個(gè)。據介紹，“研究前沿”和“研究前沿熱度指數”年度報告已連續多年發(fā)布，報告研究方法持續優(yōu)化，核心內容不斷豐富，社會(huì )關(guān)注度持續提升。
