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2024化学与材料科学领域研究前沿揭晓中国优势突出
2024-12-04 06:12:08
近日，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心与科睿唯安联合发布了《2024研究前沿》。报告以ESI数据库中的13318个研究前沿为基础，遴选展示了2024年在农业科学、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中较为活跃或发展迅速的110个热点前沿和15个新兴前沿，较为客观地反映了相关学科的发展趋势。
总体而言，综合11大学科领域整体表现，美国整体排名继续位列首位，在超过一半的研究前沿上排名第一；中国稳居第二，在超过30%的研究前沿上排名第一；英国、德国、法国保持前五。
相对于美国，中国在化学与材料科学领域优势突出，农业科学、生态环境有望形成新高地，物理学、信息科学竞争激烈，地球科学、社会科学差距拉大，数学、生物科学、临床医学、天文学与天体物理学差距较大但呈稳步提升态势。
化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿主要分布在能源化学、催化与表界面化学、材料化学等研究方向。能源化学方向有四项，太阳能电池、燃料电池、液流电池、金属离子电池各有一项入选。催化与表界面化学方向有三项，过渡金属催化、电催化和吸附材料各有一项入选。材料化学方向有两项，均与发光材料相关，分别为碳量子点发光材料和有机窄谱带发光材料。此外，镧系单分子磁体研究也进入了榜单。十大热点前沿中，水系锌离子电池无枝晶锌金属负极设计与吸附式大气集水研究被列为重点热点前沿。
水系锌离子电池因金属锌的储量丰富、环境友好、理论电容量高（820 mAh/g）、氧化还原电位低（-0.762 V vs 标准氢电极）和水系电解液的本征安全性等优势，在大规模储能领域具有广阔的应用前景。然而，锌金属负极存在枝晶生长、腐蚀、析氢等问题。特别是锌枝晶的生长不仅会导致电池内部短路，而且会促进腐蚀、析氢等副反应的发生，是限制高性能水系锌离子电池发展的主要瓶颈。水系锌离子电池无枝晶锌金属负极设计前沿的 41 篇核心论文开发了多种策略以抑制锌枝晶的生长， 包括电解液优化（电解液添加剂、共晶电解质、高浓度电解质等）、表面改性、电极结构设计等。
水是生命之源，然而世界三分之二的人口面临缺水压力。而且，许多面临水资源短缺的国家都是内陆国家，难以使用海水淡化的方法获取淡水。虽然空气中存在大量水蒸气，但通过结露技术集水非常耗能且不切实际，尤其是在相对湿度较低的地区。相比之下，基于吸附的太阳热能驱动的大气集水技术能够在低湿度条件下捕获水蒸气，是一种解决干旱、内陆、偏远地区水资源短缺问题的有效方法。吸附式大气集水研究前沿的 27 篇核心论文从吸附剂材料设计、器件结构设计等角度研究提高吸附式大气集水器件的 产水效率，主要是前者。提出的吸附剂材料包括金属有机框架化合物（MOF）、共价有机框架化合物、聚合物水凝胶、纳米核壳结构材料等类型。
在化学与材料科学领域共有 3 项研究入选新兴前沿，涉及有机太阳能电池、有机晶体管、锂金属电池三个方向。其中，有机电化学晶体管被列为重点新兴前沿。
作为一种基于有机混合离子—电子导体的晶体管技术，有机电化学晶体管具有高灵敏度、快速响应速度、低工作电压、高跨导、良好的生物相容性等优点，在逻辑电路、传感器件、健康检测和仿生电子等领域具有良好的应用前景。有机电化学晶体管新兴前沿的 6 篇论文来自中国、瑞典、美国、沙特阿拉伯四个国家，内容包括有机电化学晶体管的制备和表征以及在传感、人工脉冲神经元、逻辑电路等领域的应用。
科学研究的世界呈现出蔓延生长、不断演化的景象。洞察科研动向、尤其是跟踪新兴专业领域对科研工作、产学研转化、相关产业链及产业链上下游的发展具有重大的意义。
说明：相关文字、数据及图片素材来源于《2024研究前沿》、中科院之声及公开网络，仅用于科普交流及分享，无任何商业用途。
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