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)布的《2024研究前沿》報(bào)告，遴選出2024年全球較為活躍或發(fā)展迅速的125個(gè)研究前沿，并對(duì)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展趨勢(shì)和重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了研判。
報(bào)告遴選的125個(gè)研究前沿包括110個(gè)熱點(diǎn)前沿和15個(gè)新興前沿，涵蓋農(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。
化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域Top10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4項(xiàng)，分別為硒化銻薄膜太陽(yáng)能電池、陰離子交換膜燃料電池和水電解池、氧化還原液流電池、水系鋅離子電池?zé)o枝晶鋅金屬負(fù)極設(shè)計(jì)。催化與表界面化學(xué)方向有3項(xiàng)，分別為酸性析氧電催化劑、過(guò)渡金屬催化的烯烴雙官能團(tuán)化反應(yīng)、吸附式大氣集水研究。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。
“水系鋅離子電池?zé)o枝晶鋅金屬負(fù)極設(shè)計(jì)”和“吸附式大氣集水研究”入選2024年重點(diǎn)熱點(diǎn)前沿。
水系鋅離子電池?zé)o枝晶鋅金屬負(fù)極設(shè)計(jì)：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、氧化還原電位低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。
該前沿的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。
吸附式大氣集水研究：水是生命之源，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。
該前沿的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。
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，分別是用于高效有機(jī)太陽(yáng)能電池的小分子受體材料、有機(jī)電化學(xué)晶體管、用于鋰金屬電池的聚合物固態(tài)電解質(zhì)。
當(dāng)天同時(shí)發(fā)布了《2024研究前沿?zé)岫戎笖?shù)》報(bào)告顯示，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)位列首位，在超過(guò)一半的研究前沿上排名第一；中國(guó)穩(wěn)居第二，在超過(guò)30%的研究前沿上排名第一；英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)保持前五。
值得一提的是，中國(guó)在化學(xué)與材料科學(xué)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)突出，排名第一的前沿?cái)?shù)有11個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)美國(guó)(2個(gè))。
