2024年化学与材料科学研究十大热点前沿公布

来源：中国化工报

11月27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的《2024研究前沿》报告，遴选出2024年全球较为活跃或发展迅速的125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125个研究前沿包括110个热点前沿和15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4项，分别为硒化锑薄膜太阳能电池、阴离子交换膜燃料电池和水电解池、氧化还原液流电池、水系锌离子电池无枝晶锌金属负极设计。
• 催化与表界面化学方向有3项，分别为酸性析氧电催化剂、过渡金属催化的烯烃双官能团化反应、吸附式大气集水研究。
• 材料化学方向有2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。
• 镧系单分子磁体研究也进入了榜单。

“水系锌离子电池无枝晶锌金属负极设计”和“吸附式大气集水研究”入选2024年重点热点前沿。

水系锌离子电池无枝晶锌金属负极设计：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、氧化还原电位低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。

该前沿的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。

吸附式大气集水研究：水是生命之源，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。

该前沿的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，分别是用于高效有机太阳能电池的小分子受体材料、有机电化学晶体管、用于锂金属电池的聚合物固态电解质。

当天同时发布了《2024研究前沿热度指数》报告显示，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。

值得一提的是，中国在化学与材料科学领域优势突出，排名第一的前沿数有11个，远远超过美国(2个)。

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