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2024化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域研究前沿揭曉,中國(guó)優(yōu)勢(shì)突出

更新時(shí)間:2024-12-03  |  點(diǎn)擊率:412
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近日,中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國(guó)科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心與科睿唯安聯(lián)合發(fā)布了《2024研究前沿》。報(bào)告以ESI數(shù)據(jù)庫(kù)中的13318個(gè)研究前沿為基礎(chǔ),遴選展示了2024年在農(nóng)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(yī)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(shù)學(xué),信息科學(xué),經(jīng)濟(jì)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)域中較為活躍或發(fā)展迅速的110個(gè)熱點(diǎn)前沿和15個(gè)新興前沿,較為客觀地反映了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)。
 
  總體而言,綜合11大學(xué)科領(lǐng)域整體表現(xiàn),美國(guó)整體排名繼續(xù)位列頭位,在超過(guò)一半的研究前沿上排;中國(guó)穩(wěn)居第二,在超過(guò)30%的研究前沿上排;英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)保持前五。
 
  相對(duì)于美國(guó),中國(guó)在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)突出,農(nóng)業(yè)科學(xué)、生態(tài)環(huán)境有望形成新高地,物理學(xué)、信息科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)激烈,地球科學(xué)、社會(huì)科學(xué)差距拉大,數(shù)學(xué)、生物科學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、天文學(xué)與天體物理學(xué)差距較大但呈穩(wěn)步提升態(tài)勢(shì)。
 
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化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域熱點(diǎn)前沿
 
  化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域 Top 10 熱點(diǎn)前沿主要分布在能源化學(xué)、催化與表界面化學(xué)、材料化學(xué)等研究方向。能源化學(xué)方向有四項(xiàng),太陽(yáng)能電池、燃料電池、液流電池、金屬離子電池各有一項(xiàng)入選。催化與表界面化學(xué)方向有三項(xiàng),過(guò)渡金屬催化、電催化和吸附材料各有一項(xiàng)入選。材料化學(xué)方向有兩項(xiàng),均與發(fā)光材料相關(guān),分別為碳量子點(diǎn)發(fā)光材料和有機(jī)窄譜帶發(fā)光材料。此外,鑭系單分子磁體研究也進(jìn)入了榜單。十個(gè)熱點(diǎn)前沿中,水系鋅離子電池?zé)o枝晶鋅金屬負(fù)極設(shè)計(jì)與吸附式大氣集水研究被列為重點(diǎn)熱點(diǎn)前沿。
 
  水系鋅離子電池因金屬鋅的儲(chǔ)量豐富、環(huán)境友好、理論電容量高(820 mAh/g)、氧化還原電位低(-0.762 V vs 標(biāo)準(zhǔn)氫電極)和水系電解液的本征安全性等優(yōu)勢(shì),在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而,鋅金屬負(fù)極存在枝晶生長(zhǎng)、腐蝕、析氫等問(wèn)題。特別是鋅枝晶的生長(zhǎng)不僅會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)部短路,而且會(huì)促進(jìn)腐蝕、析氫等副反應(yīng)的發(fā)生,是限制高性能水系鋅離子電池發(fā)展的主要瓶頸。水系鋅離子電池?zé)o枝晶鋅金屬負(fù)極設(shè)計(jì)前沿的 41 篇核心論文開(kāi)發(fā)了多種策略以抑制鋅枝晶的生長(zhǎng), 包括電解液優(yōu)化(電解液添加劑、共晶電解質(zhì)、高濃度電解質(zhì)等)、表面改性、電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。
 
  水是生命之源,然而世界三分之二的人口面臨缺水壓力。而且,許多面臨水資源短缺的國(guó)家都是內(nèi)陸國(guó)家,難以使用海水淡化的方法獲取淡水。雖然空氣中存在大量水蒸氣,但通過(guò)結(jié)露技術(shù)集水非常耗能且不切實(shí)際,尤其是在相對(duì)濕度較低的地區(qū)。相比之下,基于吸附的太陽(yáng)熱能驅(qū)動(dòng)的大氣集水技術(shù)能夠在低濕度條件下捕獲水蒸氣,是一種解決干旱、內(nèi)陸、偏遠(yuǎn)地區(qū)水資源短缺問(wèn)題的有效方法。吸附式大氣集水研究前沿的 27 篇核心論文從吸附劑材料設(shè)計(jì)、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等角度研究提高吸附式大氣集水器件的 產(chǎn)水效率,主要是前者。提出的吸附劑材料包括金屬有機(jī)框架化合物(MOF)、共價(jià)有機(jī)框架化合物、聚合物水凝膠、納米核殼結(jié)構(gòu)材料等類型。

 


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化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域新興前沿
 
  在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域共有 3 項(xiàng)研究入選新興前沿,涉及有機(jī)太陽(yáng)能電池、有機(jī)晶體管、鋰金屬電池三個(gè)方向。其中,有機(jī)電化學(xué)晶體管被列為重點(diǎn)新興前沿。
 
  作為一種基于有機(jī)混合離子—電子導(dǎo)體的晶體管技術(shù),有機(jī)電化學(xué)晶體管具有高靈敏度、快速響應(yīng)速度、低工作電壓、高跨導(dǎo)、良好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn),在邏輯電路、傳感器件、健康檢測(cè)和仿生電子等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。有機(jī)電化學(xué)晶體管新興前沿的 6 篇論文來(lái)自中國(guó)、瑞典、美國(guó)、沙特阿拉伯四個(gè)國(guó)家,內(nèi)容包括有機(jī)電化學(xué)晶體管的制備和表征以及在傳感、人工脈沖神經(jīng)元、邏輯電路等領(lǐng)域的應(yīng)用。

 


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    結(jié)束語(yǔ)  
 
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  科學(xué)研究的世界呈現(xiàn)出蔓延生長(zhǎng)、不斷演化的景象。洞察科研動(dòng)向、尤其是跟蹤新興專業(yè)領(lǐng)域?qū)蒲泄ぷ?、產(chǎn)學(xué)研轉(zhuǎn)化、相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈及產(chǎn)業(yè)鏈上下游的發(fā)展具有重大的意義。
 
  說(shuō)明:相關(guān)文字、數(shù)據(jù)及圖片素材來(lái)源于《2024研究前沿》、中科院之聲及公開(kāi)網(wǎng)絡(luò),僅用于科普交流及分享,無(wú)任何商業(yè)用途。

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