2023年化学与材料科学研究十大热点前沿公布

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。

  • 新兴交叉方向有1项,为机械化学。

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“海水电解催化剂”和“电催化合成过氧化氢”入选2023年重点热点前沿。

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。


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