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)布的《2024研究前沿》報告，遴選出2024年全球較為活躍或發(fā)展迅速的125個研究前沿，并對相關學科的發(fā)展趨勢和重點問題進行了研判。

報告遴選的125個研究前沿包括110個熱點前沿和15個新興前沿，涵蓋農業(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域。

化學與材料科學領域Top10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4項，分別為硒化銻薄膜太陽能電池、陰離子交換膜燃料電池和水電解池、氧化還原液流電池、水系鋅離子電池無枝晶鋅金屬負極設計。催化與表界面化學方向有3項，分別為酸性析氧電催化劑、過渡金屬催化的烯烴雙官能團化反應、吸附式大氣集水研究。材料化學方向有兩項，均與發(fā)光材料相關，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。

“水系鋅離子電池無枝晶鋅金屬負極設計”和“吸附式大氣集水研究”入選2024年重點熱點前沿。

水系鋅離子電池無枝晶鋅金屬負極設計：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、氧化還原電位低和水系電解液的本征安全性等優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領域具有廣闊的應用前景。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致電池內部短路，而且會促進腐蝕、析氫等副反應的發(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、高濃度電解質等)、表面改性、電極結構設計等。

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家都是內陸國家，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，但通過結露技術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動的大氣集水技術能夠在低濕度條件下捕獲水蒸氣，是一種解決干旱、內陸、偏遠地區(qū)水資源短缺問題的有效方法。

該前沿的27篇核心論文從吸附劑材料設計、器件結構設計等角度研究提高吸附式大氣集水器件的產水效率，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、納米核殼結構材料等類型。

在化學與材料科學領域共有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，分別是用于高效有機太陽能電池的小分子受體材料、有機電化學晶體管、用于鋰金屬電池的聚合物固態(tài)電解質。

當天同時發(fā)布了《2024研究前沿熱度指數(shù)》報告顯示，綜合11大學科領域整體表現(xiàn)，美國整體排名繼續(xù)位列首位，在超過一半的研究前沿上排名第一；中國穩(wěn)居第二，在超過30%的研究前沿上排名第一；英國、德國、法國保持前五。

值得一提的是，中國在化學與材料科學領域優(yōu)勢突出，排名第一的前沿數(shù)有11個，遠遠超過美國(2個)。

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