2024全球化学与材料热点研究前沿公布！

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2024全球化学与材料热点研究前沿公布！

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来源

http://www.ecorr.org.cn/news/industry/2024-12-02/192873.html

《2024研究前沿》报告于11月27日由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。报告遴选出125个研究前沿，包括110个热点前沿和15个新兴前沿，涵盖11个高度聚合的大学科领域。本文将重点介绍化学与材料科学、物理、生态与环境科学、农业科学、植物学和动物学、地球科学、信息科学等领域的研究前沿。

化学与材料科学领域

Top10热点前沿

化学与材料科学领域的研究前沿主要分布在能源化学、催化与表界面化学、材料化学等方向。具体包括：

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
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
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

其中，"水系锌离子电池无枝晶锌金属负极设计"是该领域的重要研究方向。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。在该前沿中，中国贡献了36篇核心论文，数量明显多于榜单上的其他国家，美国和澳大利亚分别列在第二、三位。具体到机构层面，8家中国机构进入前十榜单。其中，中国科学院贡献了7篇核心论文，位列第一。

"吸附式大气集水研究"也是该领域的研究热点。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。

新兴前沿

化学与材料科学领域的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。

物理领域

物理领域的研究前沿主要集中于凝聚态物理、理论物理、半导体物理、量子物理和高能物理，包括新型超导材料的研究，富氢化物，笼目超导材料AV3Sb5和无限层型镍酸盐、f(Q)引力理论、量子点发光二极管、微型发光二极管（MicroLED）以及氧化镓功率器件。

生态与环境科学领域

生态与环境科学领域的研究前沿主要涉及新污染物、气候变化、污染物消除、环境友好材料及环境流行病学等研究方向。

其中，微塑料污染相关研究是近10年来环境科学的热点问题，也是在研究前沿报告中多次呈现的重要前沿方向，2024年微塑料相关的热点前沿有两个，分别是"人体组织微塑料污染的发现与定量检测"和"轮胎磨损颗粒的环境归趋与生态毒理"。其中，轮胎磨损颗粒是环境中微塑料的主要来源之一，也是一种新近受到关注的新污染物。英国一项最新测试显示，汽车轮胎磨损产生的颗粒污染是尾气排放污染的近2000倍。

在污染物消除方面，热门的可微生物合成聚酯聚羟基脂肪酸酯(PHA)入选，由于其具有生物可降解性、生物相容性和光学性能等优良性质，现已成为科技界和工业界广泛关注的生物塑料。

在前沿与固碳技术方面，分别是"二氧化碳和氮气高效催化合成尿素技术"和"二氧化碳直接空气捕获的技术经济评估"，后者是连续第二年入选热点前沿。

农业科学、植物学和动物学领域

农业科学、植物学和动物学领域的新兴前沿包括"深度迁移学习方法在作物分类和病害检测中的应用"和"生物聚合物薄膜在食品保鲜包装中的应用"。

地球科学领域

地球科学领域的研究前沿排名第一的是"地下储氢技术发展潜力研究"。该技术是将氢气注入盐穴、枯竭油气藏、含水层和废弃矿井等地下场所中封闭储存，具有安全性高、成本低、规模大、周期长、可跨季节储能等优势，是未来氢能大规模储备的重要发展方向。

欧洲是全球地质储氢工程项目最为丰富的地区之一，德国、荷兰、英国、波兰等是欧洲主要的氢气生产国，自20世纪70年代开始陆续开展了盐穴储氢、枯竭气藏、含水层储氢的全尺寸实验以及工业示范，在地质选址评价、库容设计、建库工艺包以及储氢库运行监测等方面积累了丰富的研究经验。而澳大利亚、沙特、巴西等作为拥有巨大可再生资源潜力的国家，近年来也积极谋求在迅速崛起的氢能市场中的战略定位，推进实施一系列氢能试点项目。