2023年化学与材料科学研究十大热点前沿公布
2023-11-30
11月28日，中国科学院与科睿唯安联合发布的《2023研究前沿》报告，遴选出2023年全球较为活跃或发展迅速的128个研究前沿，并对相关学科的发展趋势和重点问题进行了研判。
报告遴选的128个研究前沿包括110个热点前沿和18个新兴前沿，涵盖农业科学、植物学和动物学，生态与环境科学，地球科学，临床医学，生物科学，化学与材料科学，物理学，天文学与天体物理学，数学，信息科学，经济学、心理学及其他社会科学等11个高度聚合的大学科领域。化学与材料科学领域Top10热点前沿主要分布在电化学、纳米材料、有机化学、新兴交叉等研究方向。其中，人工分子机器和机械化学都是第二次入选Top10 热点前沿。
- 电化学方向有4项，分别为海水电解催化剂、电催化硝酸根还原合成氨、阴离子交换膜燃料电池、电催化合成过氧化氢。
- 纳米材料方向有3项，分别为高熵合金催化剂、量子点发光二极管、二维晶体管。
- 有机化学方向有2项，分别为人工分子机器和超分子粘合剂。
海水电解催化剂：海水电解不仅是一种生产清洁氢能的可行方法，而且对海水淡化也具有重要意义。然而，与析氧反应同时发生的析氯反应极大地影响了海水电解的整体性能。因此，海水电解的实施需要高效、耐用的电催化剂，特别是阳极催化剂，以保证析氧反应免受氯化物腐蚀。
该前沿的11篇核心论文涉及阳极析氧催化剂和阴极析氢催化剂，重点是析氧催化剂。研究人员使用镍、铁、钴等活性元素制备催化剂，实现了常温、碱性、工业电流密度条件下长时间高效电解海水，超过了商业铱基催化剂的表现。电催化合成过氧化氢：作为一种高价值的环保型氧化剂，过氧化氢被广泛用于废水处理、化学品合成等过程。但是，当前工业上合成过氧化氢需使用高能耗的蒽醌工艺，成本高昂，不适合于现场按需制备。通过两电子氧还原反应或者两电子水氧化反应电催化合成过氧化氢，可以实现按需现场合成，是一种富有前景的替代过程。然而，研发用于该过程的廉价、高效、高选择性的电催化剂仍具挑战。该前沿的39篇核心论文涉及催化剂研究和电极设计，主要是前者。研究人员不仅研究了用于氧还原反应的金属单原子（例如，钴、钼）、碳基材料等催化剂类型，还研究了用于水氧化反应的金属氧化物（例如，BiVO4）等催化剂类型。在化学与材料科学领域共有2项研究入选新兴前沿，且均与能源的转化和存储相关。“高性能HER和ORR光催化剂的开发及其在太阳能燃料合成中的应用”主要涉及利用光催化剂，如共价有机框架化合物和金属氧化物半导体等，通过氢还原反应（HER）和氧还原反应（ORR）将太阳能转化为绿色燃料，如氢气和双氧水。“聚合物介质电容器的制备”主要涉及利用聚合物作为电容器的介质，调整其组成和结构，实现电容器能量密度和放电效率的同时提高。当天同时发布了《2023研究前沿热度指数》报告，评估了世界主要国家和地区在128个研究前沿中的研究活跃程度。报告显示：在11大学科领域整体层面，美国仍是最为活跃的国家，中国继续排名第二，中美之间的差距在缩小。排名前五的国家还包括英国、德国和法国。分领域比较来看，美国在地球科学领域、临床医学领域、生物科学领域、物理学领域、天文学与天体物理学领域和数学领域这6个领域的研究前沿热度指数得分排名第一，其他5个领域排名第二，表明其基础研究活跃程度整体较强。中国在农业科学、植物学和动物学领域，生态与环境科学领域，化学与材料科学领域，信息科学领域和经济学、心理学及其他社会科学领域这5个领域均排名第一，在物理领域和数学领域排名第二，在生物科学领域排名第三，在地球科学领域、临床医学领域和天文学与天体物理学领域分别排名第五、第九和第八名。值得一提的是，十一大学科领域中，中国在化学与材料科学领域排名第一的前沿为8个，远远超过美国的3个。据介绍，“研究前沿”和“研究前沿热度指数”年度报告已连续多年发布，报告研究方法持续优化，核心内容不断丰富，社会关注度持续提升。
