近日，中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國科學院文獻情報中心與科睿唯安聯(lián)合發(fā)布了《2024研究前沿》。報告以ESI數(shù)據(jù)庫中的13318個研究前沿為基礎(chǔ)，遴選展示了2024年在農(nóng)業(yè)科學、植物學和動物學，生態(tài)與環(huán)境科學，地球科學，臨床醫(yī)學，生物科學，化學與材料科學，物理學，天文學與天體物理學，數(shù)學，信息科學，經(jīng)濟學、心理學及其他社會科學等11個高度聚合的大學科領(lǐng)域中較為活躍或發(fā)展迅速的110個熱點前沿和15個新興前沿，較為客觀地反映了相關(guān)學科的發(fā)展趨勢。
總體而言，綜合11大學科領(lǐng)域整體表現(xiàn)，美國整體排名繼續(xù)位列頭位，在超過一半的研究前沿上排頭位；中國穩(wěn)居第二，在超過30%的研究前沿上排頭位；英國、德國、法國保持前五。
相對于美國，中國在化學與材料科學領(lǐng)域優(yōu)勢突出，農(nóng)業(yè)科學、生態(tài)環(huán)境有望形成新高地，物理學、信息科學競爭激烈，地球科學、社會科學差距拉大，數(shù)學、生物科學、臨床醫(yī)學、天文學與天體物理學差距較大但呈穩(wěn)步提升態(tài)勢。
化學與材料科學領(lǐng)域熱點前沿
化學與材料科學領(lǐng)域 Top 10 熱點前沿主要分布在能源化學、催化與表界面化學、材料化學等研究方向。能源化學方向有四項，太陽能電池、燃料電池、液流電池、金屬離子電池各有一項入選。催化與表界面化學方向有三項，過渡金屬催化、電催化和吸附材料各有一項入選。材料化學方向有兩項，均與發(fā)光材料相關(guān)，分別為碳量子點發(fā)光材料和有機窄譜帶發(fā)光材料。此外，鑭系單分子磁體研究也進入了榜單。十個熱點前沿中，水系鋅離子電池無枝晶鋅金屬負極設(shè)計與吸附式大氣集水研究被列為重點熱點前沿。
水系鋅離子電池因金屬鋅的儲量豐富、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 標準氫電極)和水系電解液的本征安全性等優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，鋅金屬負極存在枝晶生長、腐蝕、析氫等問題。特別是鋅枝晶的生長不僅會導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，而且會促進腐蝕、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。水系鋅離子電池無枝晶鋅金屬負極設(shè)計前沿的 41 篇核心論文開發(fā)了多種策略以抑制鋅枝晶的生長， 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家都是內(nèi)陸國家，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，但通過結(jié)露技術(shù)集水非常耗能且不切實際，尤其是在相對濕度較低的地區(qū)。相比之下，基于吸附的太陽熱能驅(qū)動的大氣集水技術(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、偏遠地區(qū)水資源短缺問題的有效方法。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、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計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框架化合物(MOF)、共價有機框架化合物、聚合物水凝膠、納米核殼結(jié)構(gòu)材料等類型。
化學與材料科學領(lǐng)域新興前沿
在化學與材料科學領(lǐng)域共有 3 項研究入選新興前沿，涉及有機太陽能電池、有機晶體管、鋰金屬電池三個方向。其中，有機電化學晶體管被列為重點新興前沿。
作為一種基于有機混合離子—電子導(dǎo)體的晶體管技術(shù)，有機電化學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，在邏輯電路、傳感器件、健康檢測和仿生電子等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。有機電化學晶體管新興前沿的 6 篇論文來自中國、瑞典、美國、沙特阿拉伯四個國家，內(nèi)容包括有機電化學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。
結(jié)束語
科學研究的世界呈現(xiàn)出蔓延生長、不斷演化的景象。洞察科研動向、尤其是跟蹤新興專業(yè)領(lǐng)域?qū)蒲泄ぷ鳌a(chǎn)學研轉(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。
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