在國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)“十五五”發(fā)展規(guī)劃框架下, 立足世界科學(xué)前沿和國(guó)家重大戰(zhàn)略需求及學(xué)科長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo), 本文系統(tǒng)闡述了催化與表界面化學(xué)的科學(xué)內(nèi)涵、戰(zhàn)略?xún)r(jià)值與發(fā)展規(guī)律, 深入分析了我國(guó)在該領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)和面臨的主要挑戰(zhàn), 梳理了未來(lái)五年亟需突破的關(guān)鍵方向與優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域, 并在此基礎(chǔ)上就保障學(xué)科健康發(fā)展的相關(guān)措施與政策提出了若干建議與思考, 旨在為“十五五”期間我國(guó)催化與表界面化學(xué)的整體布局和高質(zhì)量發(fā)展提供戰(zhàn)略參考.

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引言

凡尺寸有限的含有凝聚相的物質(zhì)體系皆存在界面. 界面兩側(cè)的化學(xué)成分、凝聚相結(jié)構(gòu)或周期性存在著顯著差異, 因而其物理和化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出明顯的變化. 一側(cè)為氣相或真空的界面被稱(chēng)為表面. 凝聚相可以形成多相以及多種相界面(如氣-液、液-液、固-液界面等), 其物理化學(xué)行為涉及界面結(jié)構(gòu)、界面分子相互作用、界面?zhèn)髻|(zhì)與反應(yīng)過(guò)程. 表界面化學(xué)就是研究表面或界面處的化學(xué)轉(zhuǎn)化與過(guò)程. 表面體系的化學(xué)研究就是表面化學(xué). 若反應(yīng)分子不斷在催化劑上吸附、活化與反應(yīng), 反應(yīng)進(jìn)程不斷加快, 產(chǎn)物不斷離開(kāi), 如此循環(huán)進(jìn)行的化學(xué)過(guò)程, 即為催化. 依據(jù)能量輸入形式的不同, 催化又可分為熱催化、電催化和光催化等. 若涉及多相分散體系的吸附、潤(rùn)濕、自組裝等界面行為, 則屬于膠體與界面化學(xué)的重點(diǎn)范疇. 若在電極/電解質(zhì)界面發(fā)生涉及電荷轉(zhuǎn)移和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的動(dòng)力學(xué)過(guò)程則稱(chēng)為電化學(xué)體系. 催化與表界面化學(xué)作為物質(zhì)科學(xué)中的重要組成部分, 致力于揭示界面處的物質(zhì)轉(zhuǎn)化與性能調(diào)控的內(nèi)在規(guī)律, 在能源和資源利用、高端制造、信息器件與生命健康等國(guó)家重大戰(zhàn)略領(lǐng)域中發(fā)揮著無(wú)可替代的支撐作用.

“十五五”時(shí)期是我國(guó)由科技大國(guó)邁向科技強(qiáng)國(guó)、由要素驅(qū)動(dòng)向創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)的深度轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段, 將進(jìn)一步凸顯基礎(chǔ)研究在國(guó)家創(chuàng)新體系中的戰(zhàn)略地位. 我國(guó)催化與表界面化學(xué)正處于從“跟跑”、“并跑”到“領(lǐng)跑”的重要戰(zhàn)略窗口期. 為此, 系統(tǒng)梳理催化與表界面化學(xué)學(xué)科的發(fā)展規(guī)律和面臨的重大挑戰(zhàn), 科學(xué)謀劃學(xué)科在“十五五”期間的戰(zhàn)略布局, 確定重點(diǎn)發(fā)展和優(yōu)先支持領(lǐng)域等, 對(duì)于提升我國(guó)催化與表界面化學(xué)的原始創(chuàng)新能力和國(guó)際引領(lǐng)地位具有重要的科學(xué)價(jià)值和戰(zhàn)略意義.

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本學(xué)科的科學(xué)意義與戰(zhàn)略?xún)r(jià)值

化學(xué)是物質(zhì)科學(xué)的重要組成部分, 而催化與表界面化學(xué)則是化學(xué)的核心學(xué)科, 是銜接基礎(chǔ)與應(yīng)用研究的橋梁, 研究物質(zhì)在不同相界面的轉(zhuǎn)化過(guò)程及其調(diào)控規(guī)律. 催化與表界面化學(xué)主要涵蓋催化化學(xué)、電化學(xué)、表面化學(xué)、膠體與界面化學(xué)等.

催化化學(xué)致力于在分子與表界面層次揭示化學(xué)轉(zhuǎn)化規(guī)律, 實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的高效、低耗與高選擇性調(diào)控, 是物質(zhì)轉(zhuǎn)化的核心, 是碳循環(huán)、清潔能源、綠色化工及生命健康等前沿領(lǐng)域的重要基礎(chǔ). 催化劑的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、先進(jìn)表征及對(duì)催化理論與機(jī)制的認(rèn)知, 是催化化學(xué)發(fā)展的關(guān)鍵科學(xué)支撐. 通過(guò)催化可實(shí)現(xiàn)化石能源清潔利用、二氧化碳轉(zhuǎn)化、生物質(zhì)與廢塑料循環(huán)升級(jí), 支撐低碳經(jīng)濟(jì)體系的構(gòu)建, 服務(wù)國(guó)家“雙碳”目標(biāo). 光/電催化技術(shù)可將太陽(yáng)能與電能直接轉(zhuǎn)化為燃料與高值化學(xué)品, 為可再生能源與人工光合成奠定基礎(chǔ); 氫能技術(shù)也依賴(lài)于催化化學(xué)的持續(xù)突破.

電化學(xué)研究電能與化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)換, 聚焦界面電荷轉(zhuǎn)移與物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程, 探究其熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)機(jī)制, 為能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)合成、信息傳感及微納制造等領(lǐng)域提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)創(chuàng)新路徑. 電化學(xué)為國(guó)家能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新、生物醫(yī)學(xué)傳感與高端化學(xué)品制造提供了科學(xué)支撐. 電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換(動(dòng)力電池、儲(chǔ)能系統(tǒng)、氫能技術(shù))服務(wù)于新能源汽車(chē)與可再生能源利用; 電化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化(電合成、碳基分子催化轉(zhuǎn)化)支撐氯堿和電解鋁等基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè), 為工業(yè)制造提供綠色途徑; 電化學(xué)信息轉(zhuǎn)換則利用界面處電子/離子的傳輸來(lái)實(shí)現(xiàn)生命體系化學(xué)信息的傳感與調(diào)控, 應(yīng)用于神經(jīng)疾病治療和腦機(jī)接口等尖端科技領(lǐng)域.

表面化學(xué)在原子和分子尺度研究表界面結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與過(guò)程, 聚焦于表界面的精準(zhǔn)構(gòu)筑和性質(zhì)調(diào)控, 探究吸附、擴(kuò)散和反應(yīng)等界面行為及電荷轉(zhuǎn)移與能量傳遞機(jī)制, 揭示表界面結(jié)構(gòu)、電子態(tài)與宏觀性能之間的定量關(guān)系. 超高分辨與多模態(tài)表征技術(shù)推動(dòng)了表面化學(xué)的快速發(fā)展. 表面化學(xué)基礎(chǔ)性和交叉性強(qiáng), 是連接多學(xué)科的重要橋梁, 不僅為凝聚態(tài)物理、材料與生命科學(xué)奠定理論基礎(chǔ), 也為能源催化、電子器件、量子科技、核技術(shù)等前沿領(lǐng)域提供基礎(chǔ)支撐.

膠體與界面化學(xué)研究微觀非均相體系與界面現(xiàn)象, 關(guān)聯(lián)微觀行為與宏觀性能, 揭示物質(zhì)在微介觀尺度的分散與聚集穩(wěn)定性、自組裝及界面效應(yīng)、表界面潤(rùn)濕與毛細(xì)現(xiàn)象等普適規(guī)律, 推動(dòng)微介觀尺度關(guān)鍵技術(shù)突破. 膠體與界面化學(xué)的發(fā)展與國(guó)家戰(zhàn)略需求相適應(yīng), 加速向智能材料、生物醫(yī)藥與綠色化工等關(guān)鍵領(lǐng)域滲透, 為健康、農(nóng)業(yè)、能源、材料及制造等國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和國(guó)計(jì)民生行業(yè)提供關(guān)鍵科學(xué)支撐.

催化與表界面化學(xué)高度依賴(lài)基礎(chǔ)理論的創(chuàng)新發(fā)展與表征技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步, 其關(guān)鍵挑戰(zhàn)是復(fù)雜環(huán)境下表界面動(dòng)態(tài)過(guò)程的微觀機(jī)制與構(gòu)效關(guān)系. 在基礎(chǔ)理論方面, 多尺度量子和統(tǒng)計(jì)理論與計(jì)算模擬有助于揭示表界面物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化規(guī)律. 高性能計(jì)算與人工智能加速形成智能建模新范式, 成為建立理論驅(qū)動(dòng)的理性預(yù)測(cè)和性能設(shè)計(jì)的科學(xué)前沿. 在表征技術(shù)方面, 原位、動(dòng)態(tài)與跨尺度表征方法的發(fā)展, 界面結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變及全反應(yīng)過(guò)程的追蹤至關(guān)重要, 多模態(tài)與超快動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)為本學(xué)科的發(fā)展提供重要的技術(shù)支撐. 理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合方面, 通過(guò)人工智能輔助, 構(gòu)建“表征—解析—預(yù)測(cè)—調(diào)控”閉環(huán), 實(shí)現(xiàn)從原子到介觀尺度的動(dòng)態(tài)解析, 結(jié)合傳質(zhì)、傳熱及外場(chǎng)效應(yīng)建立定量構(gòu)效關(guān)系.

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本學(xué)科的發(fā)展規(guī)律、研究特點(diǎn)及范疇

催化與表界面化學(xué)基于“結(jié)構(gòu)—性能—機(jī)制”的內(nèi)在邏輯和科學(xué)規(guī)律而發(fā)展, 隨著科學(xué)工具、理論方法和人工智能的不斷進(jìn)步, 正經(jīng)歷著前沿領(lǐng)域的變化與科學(xué)研究范式的變革. 其發(fā)展呈現(xiàn)出典型的“四化”特征, 即體系微觀化、過(guò)程動(dòng)態(tài)化、領(lǐng)域交叉化和方法智能化. 總之, 研究體系從理想模型向復(fù)雜真實(shí)體系、從理想條件與環(huán)境向復(fù)雜工況條件深入發(fā)展; 表征方法由靜態(tài)穩(wěn)態(tài)向原位動(dòng)態(tài)、由單一模態(tài)檢測(cè)向多模態(tài)分析拓展; 研究范式從“結(jié)構(gòu)—性能”經(jīng)驗(yàn)總結(jié)到“機(jī)理—預(yù)測(cè)”定量描述, 形成“工況表征—數(shù)據(jù)解析—模型預(yù)測(cè)—過(guò)程調(diào)控”的智能研究模式.

催化與表界面化學(xué)的發(fā)展既受到國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的牽引, 又得益于表征技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新和突破, 并與理論計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等深度融合, 形成了多學(xué)科交叉的創(chuàng)新研究范式. 在科學(xué)研究中, 將宏觀性質(zhì)調(diào)控與微觀機(jī)制認(rèn)知有機(jī)統(tǒng)一: 既著眼于新體系的創(chuàng)制和新功能的實(shí)現(xiàn), 又致力于原子和分子水平的超高時(shí)空分辨表征和機(jī)理探究.

催化與表界面化學(xué)的研究范疇包括從原子/分子尺度到宏觀體系的表界面現(xiàn)象觀測(cè)及其調(diào)控規(guī)律認(rèn)識(shí), 進(jìn)而揭示物質(zhì)在諸多相界面的相互作用與轉(zhuǎn)化機(jī)制, 并構(gòu)筑高效功能表界面體系. 它既要跨越微觀、介觀和宏觀的空間尺度, 又要跨越阿秒、飛秒到以年為單位的時(shí)間尺度, 其研究正不斷向多尺度和多層級(jí)拓展與深化.

催化化學(xué)的研究包括從活性中心結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)構(gòu)筑、反應(yīng)中間體轉(zhuǎn)化到反應(yīng)器集成的跨尺度研究, 實(shí)現(xiàn)對(duì)活性、選擇性和穩(wěn)定性的精準(zhǔn)調(diào)控. 催化劑的創(chuàng)制與開(kāi)發(fā)已從早期憑經(jīng)驗(yàn)、靠試錯(cuò)的大量篩選, 逐步演化為基于理論模擬和理性設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)合成. 面向能源轉(zhuǎn)型的重大需求, 耦合可再生能源的化石資源催化轉(zhuǎn)化正成為重要發(fā)展趨勢(shì). 同時(shí), 熱催化、光催化與電催化之間的協(xié)同融合, 及其與合成生物學(xué)等學(xué)科的交叉, 形成了跨學(xué)科發(fā)展的態(tài)勢(shì), 為催化學(xué)科的持續(xù)發(fā)展提供新的機(jī)遇與動(dòng)力.

電化學(xué)研究始終圍繞“電極/電解質(zhì)”界面展開(kāi), 各種新型固態(tài)(聚合物)電解質(zhì)的出現(xiàn)不僅豐富了電化學(xué)的內(nèi)涵, 也推動(dòng)了電化學(xué)技術(shù)的更新?lián)Q代. 借助各種先進(jìn)譜學(xué)方法深入揭示電化學(xué)界面的微觀機(jī)制和動(dòng)力學(xué)特性是當(dāng)代電化學(xué)研究的特征,目標(biāo)是建立“材料結(jié)構(gòu)—反應(yīng)機(jī)制—器件性能”的科學(xué)關(guān)聯(lián), 最終獲得高效的能量與物質(zhì)轉(zhuǎn)化新體系.

表面化學(xué)沿著“闡釋—還原—?jiǎng)?chuàng)新”的發(fā)展路徑快速發(fā)展, 從經(jīng)典的唯象模型解釋宏觀現(xiàn)象, 過(guò)渡到借助高分辨技術(shù)揭示原子/分子尺度的機(jī)理, 進(jìn)而融合機(jī)器學(xué)習(xí)等手段推動(dòng)材料設(shè)計(jì)與智能制造. 其研究涵蓋了表界面理論、反應(yīng)機(jī)制、先進(jìn)表征技術(shù)及在信息、催化、量子材料等領(lǐng)域的交叉應(yīng)用. 近年來(lái), 學(xué)科呈現(xiàn)出三大發(fā)展趨勢(shì): (1) 測(cè)量精度與多維表征持續(xù)提升, 實(shí)現(xiàn)了從單原子、單分子到單自旋的精準(zhǔn)探測(cè); (2) 從靜態(tài)觀測(cè)邁向跨尺度動(dòng)態(tài)追蹤, 發(fā)展出原位實(shí)時(shí)探測(cè)技術(shù), 覆蓋了從秒到飛秒的動(dòng)力學(xué)過(guò)程; (3) 從理想模型拓展至復(fù)雜實(shí)際環(huán)境, 探索極端工況下表界面響應(yīng)與失效機(jī)制, 構(gòu)建適用于量子與電子器件以及生命體系等復(fù)雜場(chǎng)景的高分辨測(cè)量體系.

膠體與界面化學(xué)研究物質(zhì)的多相分散體系及界面行為, 重點(diǎn)關(guān)注膠體穩(wěn)定性與相行為、非平衡體系與智能響應(yīng)以及界面吸附、浸潤(rùn)與自組裝等過(guò)程的熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué), 旨在動(dòng)態(tài)、跨尺度揭示微觀分子間作用機(jī)制、結(jié)構(gòu)與宏觀性質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián). 多尺度與非平衡態(tài)基礎(chǔ)理論的發(fā)展, 不斷深化人們對(duì)膠體與界面體系的認(rèn)知. 隨著先進(jìn)軟物質(zhì)表征技術(shù)的進(jìn)步, 對(duì)膠體與界面體系從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、從平衡到非平衡的多尺度解析成為可能.

催化與表界面化學(xué)的基礎(chǔ)理論發(fā)展呈現(xiàn)出由微觀到宏觀、由經(jīng)驗(yàn)到模型、由定性解釋到定量預(yù)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì), 整體經(jīng)歷了從“定性理解”到“定量預(yù)測(cè)”、從“靜態(tài)結(jié)構(gòu)”到“動(dòng)態(tài)過(guò)程”、從“理想表面”到“真實(shí)工況”模擬的持續(xù)演進(jìn); 在微觀層次上, 以量子力學(xué)為基礎(chǔ)揭示微觀電子結(jié)構(gòu)、化學(xué)成鍵與反應(yīng)機(jī)理, 并通過(guò)統(tǒng)計(jì)力學(xué)與非平衡態(tài)理論建立原子尺度行為與宏觀熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)規(guī)律之間的橋梁; 研究對(duì)象從早期理想晶面拓展至限域空間、單原子/團(tuán)簇/納米催化劑、電解質(zhì)與溶劑環(huán)境及膠體等復(fù)雜體系, 涵蓋原子到反應(yīng)器尺度的多層級(jí)結(jié)構(gòu), 并涉及光、電、磁、熱、力、等離子體等多物理場(chǎng)耦合的非平衡過(guò)程; 隨著原位工況表征、高通量計(jì)算與多模態(tài)數(shù)據(jù)的快速積累, 人工智能與大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的理論建模正成為重要研究范式, 推動(dòng)建立可預(yù)測(cè)的表界面反應(yīng)模型、提出新的反應(yīng)描述與“結(jié)構(gòu)—性能”關(guān)系概念, 為表界面化學(xué)提供系統(tǒng)化的理論基礎(chǔ).

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本學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀與存在問(wèn)題

我國(guó)催化與表界面化學(xué)研究近年來(lái)取得顯著進(jìn)步. 在催化領(lǐng)域, 單原子催化、納米限域催化和光催化等方向已形成了重要的國(guó)際影響力, 在合成氣轉(zhuǎn)化、二氧化碳還原和廢塑料資源化等關(guān)鍵科學(xué)與核心技術(shù)方面取得多項(xiàng)原創(chuàng)成果. 電化學(xué)則依托國(guó)家新能源戰(zhàn)略, 在固態(tài)電池和芯片制造電子電鍍等攻堅(jiān)和“卡脖子”方向, 建立了“理論—表征—人工智能”的創(chuàng)新研究范式. 表面化學(xué)在化學(xué)鍵分辨的qPlus原子力顯微鏡和飛秒激光掃描隧道顯微鏡等尖端表征技術(shù)方面取得重要突破. 膠體與界面化學(xué)在生物分子定向組裝和相分離動(dòng)力學(xué)等前沿方向呈現(xiàn)良好發(fā)展態(tài)勢(shì).

在快速發(fā)展的同時(shí), 本學(xué)科仍面臨若干共性問(wèn)題: 從靜態(tài)模型向動(dòng)態(tài)、真實(shí)工況的研究范式轉(zhuǎn)變尚未完成, 對(duì)復(fù)雜反應(yīng)體系中的“結(jié)構(gòu)—性能—機(jī)制”關(guān)系的定量化描述仍顯不足; 人工智能與理論模型、實(shí)驗(yàn)表征的深度融合有待加強(qiáng), 跨尺度、多物理場(chǎng)協(xié)同研究體系尚不成熟; 高質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)以及原創(chuàng)性?xún)x器的創(chuàng)制能力不足, 制約了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智能設(shè)計(jì)與科學(xué)發(fā)現(xiàn); 同時(shí), 基礎(chǔ)研究與應(yīng)用轉(zhuǎn)化銜接通道不暢, 原創(chuàng)性理論與顛覆性技術(shù)突破有限, 跨學(xué)科協(xié)同與系統(tǒng)性創(chuàng)新生態(tài)仍待進(jìn)一步完善. 具體來(lái)說(shuō), 各學(xué)科發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)簡(jiǎn)述如下.

4.1 催化化學(xué)

催化化學(xué)的核心挑戰(zhàn)是催化劑的理性設(shè)計(jì)與精準(zhǔn)構(gòu)筑. 盡管通過(guò)可控合成與原位表征建立活性位結(jié)構(gòu)與催化性能之間的關(guān)系一直是催化領(lǐng)域的主要研究方向, 但在大多催化體系中, “結(jié)構(gòu)—性能—機(jī)制”之間尚未建立準(zhǔn)確、定量的構(gòu)效關(guān)系. 對(duì)于復(fù)雜的多相催化體系, 活性位的精準(zhǔn)定位與定量描述仍是關(guān)鍵瓶頸. 尤其在工況反應(yīng)條件下, 對(duì)催化活性位本征結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)表征仍面臨諸多困難, 從而制約了人們對(duì)催化過(guò)程本質(zhì)的深入理解. 原創(chuàng)性催化概念與顛覆性反應(yīng)路線是催化創(chuàng)新發(fā)展的原動(dòng)力, 但我國(guó)在這方面的突破依然有限. 催化基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化薄弱, 導(dǎo)致許多關(guān)鍵化工過(guò)程所依賴(lài)的核心催化劑自主化不足, 相關(guān)核心技術(shù)長(zhǎng)期受到外部制約.

4.2 電化學(xué)

電化學(xué)的發(fā)展存在一定程度的表面繁榮現(xiàn)象, 大多數(shù)研究只是將電化學(xué)作為一種應(yīng)用工具, 對(duì)電化學(xué)自身科學(xué)體系的發(fā)展貢獻(xiàn)不大. 在基礎(chǔ)電化學(xué)層面, 突出的問(wèn)題包括: 缺乏針對(duì)內(nèi)球反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移理論, 完整的電催化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)體系尚未建立; 偏重電極材料研究, 對(duì)電解質(zhì)化學(xué)環(huán)境調(diào)控規(guī)律的認(rèn)識(shí)尚待深化; 基礎(chǔ)研究與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié), 基于溶液的基礎(chǔ)電化學(xué)研究結(jié)果往往無(wú)法直接應(yīng)用于實(shí)際器件.

4.3 表面化學(xué)

研究主要集中于真空表面合成和模型催化兩個(gè)方向, 在低維分子量子材料合成領(lǐng)域進(jìn)展顯著, 但在量子性質(zhì)檢測(cè)與調(diào)控、器件應(yīng)用方面進(jìn)展緩慢. 模型催化研究仍以規(guī)整體系為主, 完全克服壓力鴻溝和材料鴻溝尚待努力. 核心表征儀器高度依賴(lài)進(jìn)口, 跨學(xué)科協(xié)同與原創(chuàng)儀器研制能力不足.

4.4 膠體與界面化學(xué)

在基礎(chǔ)研究方面, 對(duì)跨尺度的分子聚集、膠體體系缺乏有效的理論計(jì)算模擬方法, 對(duì)分散體系的非平衡態(tài)、動(dòng)態(tài)過(guò)程、界面聚集及相互作用機(jī)理的理性認(rèn)識(shí)滯后, 軟物質(zhì)體系與玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)的表征技術(shù)匱乏. 在應(yīng)用基礎(chǔ)研究方面, 宏量制備中的穩(wěn)定性和批次重現(xiàn)性有待提升, 實(shí)驗(yàn)室成果向產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化脫節(jié).

4.5 基礎(chǔ)理論

對(duì)復(fù)雜表界面體系而言, 現(xiàn)有基礎(chǔ)理論在高精度描述微觀電子結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機(jī)理方面仍顯不足, 缺乏可在真實(shí)工況條件下可靠適用的新一代理論方法; 人工智能輔助的跨尺度模擬理論框架尚不成熟, 難以有效聯(lián)通量子層次電子行為與介觀乃至宏觀的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)過(guò)程, 多物理場(chǎng)耦合與復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)仍主要停留在局部或經(jīng)驗(yàn)化建模層面; 同時(shí), 理論研究多聚焦于具體體系與參數(shù)擬合, 尚未系統(tǒng)上升為具有普適性的模型、判據(jù)與概念框架, 制約了對(duì)反應(yīng)活性、選擇性與穩(wěn)定性協(xié)同調(diào)控規(guī)律的本質(zhì)認(rèn)識(shí)及學(xué)科整體的理論引領(lǐng)能力.

4.6 表征技術(shù)

缺乏完整的“工況表征—數(shù)據(jù)解析—模型預(yù)測(cè)—過(guò)程調(diào)控”全鏈條智能化研究體系, 不同模態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)分析存在著技術(shù)瓶頸. 基于新物理原理的表界面表征技術(shù)和原創(chuàng)性?xún)x器研制能力薄弱, 制約了對(duì)復(fù)雜界面(如氣-固、液-固、軟物質(zhì)、非晶態(tài)/非周期性界面以及深埋于材料內(nèi)部或被反應(yīng)環(huán)境覆蓋的真實(shí)界面等)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的突破性認(rèn)知. 現(xiàn)有技術(shù)難以同時(shí)滿足原子級(jí)空間分辨、高化學(xué)靈敏度和超快時(shí)間分辨要求. 在表面量子態(tài)與量子相干等性質(zhì)的直接探測(cè)方面存在明顯不足. 在智能化表征方面, 多模態(tài)譜學(xué)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)解析能力薄弱, 高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)滯后, 定制化表征方案設(shè)計(jì)的智能化程度不高.

5

未來(lái)5年發(fā)展布局與優(yōu)先領(lǐng)域

在系統(tǒng)論述了學(xué)科所面臨的重大挑戰(zhàn)、發(fā)展機(jī)遇與戰(zhàn)略思考基礎(chǔ)上, 未來(lái)5年, 催化與表界面化學(xué)將圍繞國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和學(xué)科發(fā)展前沿研究, 重點(diǎn)布局以下發(fā)展方向和優(yōu)先領(lǐng)域.

5.1 面向世界科技前沿

5.1.1人工智能輔助的理論、計(jì)算模擬與數(shù)據(jù)平臺(tái)

針對(duì)復(fù)雜表界面體系在真實(shí)工況條件下機(jī)理難以精準(zhǔn)描述與預(yù)測(cè)的瓶頸, 系統(tǒng)布局和建設(shè)實(shí)驗(yàn)和計(jì)算的表界面數(shù)據(jù)庫(kù), 建立以人工智能輔助的理論建模與跨尺度模擬體系, 將機(jī)器學(xué)習(xí)深度嵌入電子結(jié)構(gòu)計(jì)算、勢(shì)能面構(gòu)建與動(dòng)力學(xué)建模全過(guò)程, 實(shí)現(xiàn)微觀電子行為、統(tǒng)計(jì)力學(xué)描述與宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)之間的有效聯(lián)通; 面向多物理場(chǎng)耦合與復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò), 重點(diǎn)發(fā)展人工智能驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)反應(yīng)路徑探索、三維構(gòu)型與相空間高效搜索方法, 形成可遷移、可預(yù)測(cè)的勢(shì)能與動(dòng)力學(xué)模型; 同步建設(shè)面向表界面體系的開(kāi)放式數(shù)據(jù)平臺(tái), 統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與元數(shù)據(jù)規(guī)范, 集成高精度計(jì)算、跨尺度模擬與原位工況實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù), 支撐模型訓(xùn)練、驗(yàn)證與持續(xù)演化; 在此基礎(chǔ)上, 凝練可引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)的新理論預(yù)測(cè)模型與反應(yīng)新概念, 構(gòu)建“預(yù)測(cè)—驗(yàn)證—反饋”一體化研究范式, 為綠色能源、氫能與綠色碳科學(xué)等國(guó)家重大戰(zhàn)略領(lǐng)域中復(fù)雜表界面體系的理性設(shè)計(jì)提供系統(tǒng)的理論與方法支撐.

5.1.2超高時(shí)空分辨的動(dòng)態(tài)與工況表征技術(shù)

圍繞催化與表界面科學(xué)體系的真實(shí)環(huán)境與極限分辨需求, 突破傳統(tǒng)靜態(tài)研究局限, 構(gòu)建適用于真實(shí)工況的理論與表征體系, 實(shí)現(xiàn)從原子到宏觀尺度的全時(shí)空動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè), 精準(zhǔn)追蹤反應(yīng)中間態(tài)與活性中心演化過(guò)程. 研究重點(diǎn)涵蓋真實(shí)環(huán)境下的原位多模態(tài)表征技術(shù)開(kāi)發(fā)、大科學(xué)裝置支撐的精準(zhǔn)觀測(cè)、膠體界面亞穩(wěn)態(tài)演化機(jī)制解析以及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的跨尺度智能建模. 隨著測(cè)量分辨率逐漸逼近物理極限, 亟需突破傳統(tǒng)理論框架, 發(fā)展基于量子效應(yīng)的新型探測(cè)機(jī)制, 并構(gòu)筑人工智能賦能的跨尺度動(dòng)態(tài)解析體系.

具體而言, 開(kāi)展基于新奇物態(tài)與量子效應(yīng)的原理探索, 建立多參量、多維度一體化測(cè)量的內(nèi)在聯(lián)系, 形成對(duì)表界面全局構(gòu)效關(guān)系的系統(tǒng)性認(rèn)識(shí); 發(fā)展以金剛石色心、電子自旋共振、量子干涉等為代表的量子精密測(cè)量技術(shù), 實(shí)現(xiàn)對(duì)弱磁、相干傳能、自旋態(tài)及非晶材料的高靈敏探測(cè); 研制并發(fā)展適用于復(fù)雜器件、化學(xué)反應(yīng)及生命環(huán)境的原位高分辨儀器和方法, 融合人工智能實(shí)現(xiàn)跨尺度動(dòng)態(tài)過(guò)程解析, 并自主開(kāi)發(fā)核心探測(cè)器與軟硬件系統(tǒng), 構(gòu)建高端探測(cè)裝備的完整技術(shù)鏈, 形成良好的技術(shù)鏈應(yīng)用生態(tài). 在此基礎(chǔ)上, 通過(guò)建立“表征—解析—預(yù)測(cè)—調(diào)控”的研究閉環(huán)模式, 形成數(shù)字孿生模型, 為高端儀器研制、原子制造與量子信息等戰(zhàn)略領(lǐng)域提供關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)支撐. 表界面精準(zhǔn)探測(cè)是實(shí)現(xiàn)能源、催化及材料等領(lǐng)域構(gòu)效關(guān)系的定量刻畫(huà)與功能體系的理性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵基礎(chǔ).

5.1.3催化劑設(shè)計(jì)與活性中心精準(zhǔn)構(gòu)筑

面向“精準(zhǔn)催化”的需求, 催化劑的創(chuàng)制正逐步由試錯(cuò)式的大量篩選演化為基于機(jī)理認(rèn)識(shí)、理論模擬和可控合成的理性設(shè)計(jì), 致力于構(gòu)建單原子、單原子合金、亞納米單團(tuán)簇等活性位結(jié)構(gòu)明確且微環(huán)境可控的催化體系, 并進(jìn)一步發(fā)展催化劑設(shè)計(jì)與表面反應(yīng)過(guò)程調(diào)控新方法, 建立清晰可靠的“結(jié)構(gòu)—性能”關(guān)系, 推動(dòng)催化科學(xué)向可預(yù)測(cè)、可設(shè)計(jì)的方向發(fā)展. 充分運(yùn)用先進(jìn)原位動(dòng)態(tài)表征、大數(shù)據(jù)科學(xué)、人工智能的創(chuàng)新成果, 發(fā)展高性能催化劑智能設(shè)計(jì)和精準(zhǔn)制備方法, 大幅縮短高效催化劑的研發(fā)周期. 建立功能導(dǎo)向的多級(jí)結(jié)構(gòu)跨尺度精準(zhǔn)構(gòu)筑新范式, 發(fā)展兼具原子級(jí)精度與宏量制備能力的綠色合成技術(shù), 提升我國(guó)關(guān)鍵工業(yè)過(guò)程催化劑的自主研發(fā)能力和話語(yǔ)權(quán).

5.1.4碳基量子磁體與量子態(tài)調(diào)控

碳基量子磁體作為一種新型有機(jī)量子材料, 因其高度離域的π電子結(jié)構(gòu)、弱自旋-軌道耦合以及外場(chǎng)可調(diào)的量子自旋態(tài), 為研究拓?fù)湫?、量子糾纏與量子比特等前沿方向提供了理想平臺(tái). 該方向突破了傳統(tǒng)金屬基磁體的局限, 推動(dòng)輕質(zhì)碳基材料的可控設(shè)計(jì)與多學(xué)科交叉融合, 助力從基礎(chǔ)研究到實(shí)際應(yīng)用的全鏈條創(chuàng)新. 該領(lǐng)域聚焦五大研究方向: (1) 實(shí)現(xiàn)碳自由基骨架的原子級(jí)精準(zhǔn)合成與自旋相干性的外場(chǎng)調(diào)控; (2) 揭示碳骨架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與磁序/拓?fù)湫蛑g的定量構(gòu)效關(guān)系; (3) 探索量子自旋液體等新物態(tài); (4) 解析自旋態(tài)的退相干機(jī)制并發(fā)展抑制策略; (5) 發(fā)展電子自旋共振耦合的掃描隧道顯微鏡等原位高分辨表征技術(shù), 實(shí)時(shí)觀測(cè)自旋關(guān)聯(lián)與糾纏演化. 最終推動(dòng)其在室溫長(zhǎng)相干量子比特、高靈敏拓?fù)鋫鞲衅骷案呙芏茸孕鎯?chǔ)器等原型器件中的應(yīng)用,為未來(lái)量子信息技術(shù)奠定基礎(chǔ).

5.1.5表界面離子化學(xué)

離子是物質(zhì)科學(xué)中的基本粒子之一, 廣泛應(yīng)用于儲(chǔ)能離子電池、磁性材料制備、核素分離等領(lǐng)域. 表界面離子化學(xué)注重可控制備單離子、溶劑化離子、離子對(duì)、離子配合物及聚集體等多層次離子體系, 探究表界面離子的溶劑化結(jié)構(gòu)、遷移動(dòng)力學(xué)以及性能調(diào)控機(jī)制. 發(fā)展單離子制備與軟著陸技術(shù), 精確表征表界面離子及其配位體系電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì), 定量描述離子間相互作用能及其在外場(chǎng)刺激下的動(dòng)態(tài)響應(yīng), 建立離子-配體間的電荷轉(zhuǎn)移與能量傳遞微觀模型; 剖析離子溶劑化結(jié)構(gòu)及其對(duì)離子活性的作用機(jī)制, 建立離子-分子特異性結(jié)合與指紋鑒定策略, 實(shí)現(xiàn)目標(biāo)離子的高選擇性捕獲與識(shí)別; 闡明金屬離子對(duì)反應(yīng)能壘與路徑的調(diào)控作用, 特別是電/熱催化過(guò)程中離子的動(dòng)態(tài)作用機(jī)制; 開(kāi)發(fā)基于開(kāi)爾文探針力顯微鏡和量子探針掃描隧道顯微鏡以及超快光譜等超高時(shí)空分辨的表征技術(shù), 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溶劑化離子遷移與跨介質(zhì)界面輸運(yùn)行為, 建立真實(shí)的溶劑化離子模型, 發(fā)展非均勻介質(zhì)理論, 將離子化學(xué)研究推至新的科學(xué)高度.

5.1.6特種元素材料表界面物理化學(xué)

稀土(特別是4f區(qū)鑭系元素)材料化學(xué)在工業(yè)應(yīng)用和國(guó)防建設(shè)中發(fā)揮著重要作用, 是稀土材料從基礎(chǔ)合成到工業(yè)/國(guó)防應(yīng)用的核心橋梁. 揭示稀土表界面的電子結(jié)構(gòu)與能態(tài)調(diào)控規(guī)律對(duì)于稀土材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用至關(guān)重要. 稀土材料的表界面物理化學(xué)是研究稀土基材料表界面區(qū)域的原子排布、電子結(jié)構(gòu)、化學(xué)成鍵、能態(tài)分布及界面作用規(guī)律以及表界面理化性質(zhì)與宏觀性能(催化、磁學(xué)、光學(xué)、電化學(xué)、力學(xué)等)關(guān)聯(lián)的核心內(nèi)容, 其內(nèi)涵聚焦于表界面結(jié)構(gòu)特殊性、電子態(tài)特異性、界面作用耦合性三大核心維度. 稀土材料表界面物理化學(xué)的核心是4f和5d電子主導(dǎo)的電子結(jié)構(gòu)特性, 這是其區(qū)別于非稀土材料表界面的核心標(biāo)志, 也是表界面性能的本源. 稀土材料表界面化學(xué)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注: (1) 4f電子的局域性與巡游性耦合; (2) 多價(jià)態(tài)電子躍遷與氧化還原特性; (3) 表界面能隙與4f-5d、4f-4f電子能級(jí)調(diào)控; (4) 界面電荷轉(zhuǎn)移與極化效應(yīng).

錒系材料表界面化學(xué)研究是核能源、核國(guó)防、核廢料處置等領(lǐng)域安全服役的核心科學(xué)基石. 錒系金屬鈾和钚是核武器部件和核能應(yīng)用的關(guān)鍵材料, 其高反應(yīng)活性及輻照導(dǎo)致的表界面化學(xué)腐蝕及表界面原子擴(kuò)散問(wèn)題嚴(yán)重制約了其工程應(yīng)用. 解決此類(lèi)工程難題, 關(guān)鍵在于深入開(kāi)展表界面酸堿及氧化還原腐蝕機(jī)理的基礎(chǔ)研究. 5f區(qū)錒系材料表界面物理化學(xué)是研究錒系元素(Th、Pa、U、Np、Pu、Am、Cm等)基材料表界面區(qū)域的原子排布、電子結(jié)構(gòu)、化學(xué)成鍵、能態(tài)演化及界面作用規(guī)律, 揭示表界面微觀理化特性與宏觀服役性能(核相容性、腐蝕行為、輻照響應(yīng)、界面輸運(yùn)、化學(xué)活性)關(guān)聯(lián)的核心內(nèi)容, 其涉及的關(guān)鍵化學(xué)過(guò)程包括: 環(huán)境氣氛分子在金屬或腐蝕層表面的吸附與解離、介質(zhì)原子在材料體相中的滲透與擴(kuò)散、金屬與腐蝕層界面處的原子富集以及臨界化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生. 由于鈾、钚材料具有高放射性和強(qiáng)毒性, 實(shí)驗(yàn)研究面臨諸多限制. 應(yīng)優(yōu)先發(fā)展基于相對(duì)論量子力學(xué)的理論化學(xué)方法, 從微觀電子結(jié)構(gòu)和化學(xué)成鍵出發(fā), 結(jié)合表界面原子結(jié)構(gòu)模型, 預(yù)測(cè)吸附能、擴(kuò)散勢(shì)壘、反應(yīng)速率、量子隧穿幾率等與腐蝕行為和原子擴(kuò)散等密切相關(guān)的物理參數(shù). 進(jìn)一步結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù), 構(gòu)建材料微觀結(jié)構(gòu)與宏觀腐蝕及原子擴(kuò)散性能之間的構(gòu)效映射關(guān)系, 從而為錒系關(guān)鍵部件材料的理性設(shè)計(jì)提供理論依據(jù). 該研究對(duì)推動(dòng)我國(guó)國(guó)防工業(yè)及相關(guān)科技發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義.

5.1.7軟物質(zhì)界面物理化學(xué)

軟物質(zhì)界面物理化學(xué)致力于突破傳統(tǒng)“靜態(tài)結(jié)構(gòu)決定性能”的局限, 構(gòu)建與認(rèn)知具有環(huán)境感知與自適應(yīng)能力的新型多層次界面體系, 并為生物醫(yī)學(xué)、能源環(huán)境和智能材料等領(lǐng)域提供重要的物理化學(xué)基礎(chǔ). 未來(lái)研究的重點(diǎn)突破有以下四個(gè)方面: (1) 發(fā)展跨尺度理論建模與智能計(jì)算方法, 融合人工智能與多尺度模擬, 建立微觀作用與宏觀行為的有效關(guān)聯(lián); (2) 發(fā)展原位動(dòng)態(tài)分析與先進(jìn)表征手段, 系統(tǒng)揭示從分子到宏觀尺度的結(jié)構(gòu)演化與響應(yīng)機(jī)制; (3) 研究多場(chǎng)耦合下界面組裝、輸運(yùn)與相變行為的動(dòng)態(tài)調(diào)控機(jī)制; (4) 設(shè)計(jì)智能響應(yīng)型軟物質(zhì)界面, 開(kāi)發(fā)可感知環(huán)境并自適應(yīng)調(diào)控的功能軟物質(zhì)體系, 實(shí)現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)、能源環(huán)境和智能材料等領(lǐng)域的應(yīng)用.

5.1.8多場(chǎng)耦合的界面電化學(xué)

界面電催化作為電化學(xué)研究的核心領(lǐng)域, 聚焦于電場(chǎng)與化學(xué)場(chǎng)耦合作用下的界面電荷轉(zhuǎn)移、分子相互作用及結(jié)構(gòu)演化規(guī)律, 為能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)合成與信息傳遞提供理論基礎(chǔ). 重點(diǎn)研究電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)選擇性, 深入解析電極表面化學(xué)環(huán)境對(duì)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程的調(diào)控機(jī)制. 在電化學(xué)能量轉(zhuǎn)化領(lǐng)域, 固態(tài)電池和氫能技術(shù)的瓶頸均指向復(fù)雜工況下的動(dòng)態(tài)界面問(wèn)題. 需發(fā)展原位表征與人工智能輔助的研究范式, 實(shí)現(xiàn)從原子層級(jí)到器件尺度的界面動(dòng)態(tài)解析與調(diào)控, 破解能量轉(zhuǎn)換器件性能與可靠性難以兼顧的難題.

重點(diǎn)研究方向包括: (1) 電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)選擇性調(diào)控, 包括質(zhì)子協(xié)同電子轉(zhuǎn)移、界面功能環(huán)境構(gòu)建及手性電催化等; (2) 人工智能輔助創(chuàng)制新型關(guān)鍵材料, 如非貴金屬催化劑和固體電解質(zhì); (3) 發(fā)展多尺度理論與工況表征技術(shù), 解析多場(chǎng)耦合下界面動(dòng)態(tài)演化機(jī)制.

5.2 面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求與經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)

5.2.1氫能的高效轉(zhuǎn)化與利用

綠氫是我國(guó)能源低碳轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略組成部分. 通過(guò)可再生能源電解水制取綠氫, 并將其轉(zhuǎn)化為便于儲(chǔ)運(yùn)的液態(tài)燃料, 是氫能高質(zhì)量發(fā)展的重要路徑. 核心問(wèn)題是提高各個(gè)能量轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)的效率, 須從基礎(chǔ)層面入手厘清從光能到化學(xué)能轉(zhuǎn)化全過(guò)程的微觀機(jī)制. 研究將聚焦于電極/電解質(zhì)界面的質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移, 突破質(zhì)子隧穿驅(qū)動(dòng)的加氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué), 揭示界面結(jié)構(gòu)與催化活性/穩(wěn)定性關(guān)系, 建立從微觀反應(yīng)到宏觀系統(tǒng)的跨尺度模型, 推動(dòng)低能耗、大規(guī)模綠氫制取與轉(zhuǎn)化. 在此基礎(chǔ)上, 發(fā)展人工光合成體系, 實(shí)現(xiàn)光、電、氫過(guò)程深度耦合, 構(gòu)建太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的氫能高效轉(zhuǎn)化與利用新原理.

5.2.2化石資源定向精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化

天然氣、煤、石油等化石資源的清潔高效利用是保障國(guó)家能源安全和實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的戰(zhàn)略基石. 如何實(shí)現(xiàn)高端化、多元化、低碳化和節(jié)能降耗, 仍是化石資源轉(zhuǎn)化利用領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn). 亟需發(fā)展分子水平定向催化轉(zhuǎn)化方法, 提高原子經(jīng)濟(jì)性, 并注重高附加值化學(xué)品與材料的合成. 針對(duì)輕烴高值化利用, 發(fā)展脫氫、偶聯(lián)及官能團(tuán)化等新反應(yīng); 圍繞重質(zhì)烴與稠環(huán)化合物轉(zhuǎn)化, 探究高選擇性裂解與溫和開(kāi)環(huán)反應(yīng)機(jī)制, 構(gòu)建其定向反應(yīng)策略; 聚焦合成氣轉(zhuǎn)化選擇性調(diào)控, 構(gòu)筑新型多功能催化體系, 開(kāi)拓直接合成醇、酸、酯等高值含氧化合物新路線; 發(fā)展天然氣利用新途徑, 實(shí)現(xiàn)甲烷等惰性分子的溫和活化與可控C–C偶聯(lián)直接獲取化學(xué)品, 并探索甲烷與二氧化碳、煤等資源共轉(zhuǎn)化新路線. 通過(guò)揭示C–H、C–C、C–O等關(guān)鍵化學(xué)鍵的定向活化與轉(zhuǎn)化機(jī)制, 開(kāi)拓新反應(yīng)路線, 設(shè)計(jì)高效催化體系, 實(shí)現(xiàn)高選擇性轉(zhuǎn)化, 為促進(jìn)相關(guān)化工過(guò)程轉(zhuǎn)型升級(jí)和能源產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)支撐.

5.2.3面向碳循環(huán)的催化新過(guò)程

在“雙碳”目標(biāo)背景下, 重點(diǎn)關(guān)注可再生/可循環(huán)碳資源如生物質(zhì)、廢塑料、二氧化碳等的高效催化轉(zhuǎn)化制高值化學(xué)品與燃料. 通過(guò)對(duì)C–H、C–C和C–O鍵定向活化及C–C、C–X鍵偶聯(lián)等關(guān)鍵基元步驟的深入研究與精準(zhǔn)調(diào)控, 實(shí)現(xiàn)高效碳循環(huán). 發(fā)展生物質(zhì)“催化解聚—官能團(tuán)重構(gòu)—全組分利用”新路線, 實(shí)現(xiàn)其高效轉(zhuǎn)化制備綠色聚合物單體、藥物中間體和高密度航煤等, 為新型生物質(zhì)煉制提供理論基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)支撐. 針對(duì)廢塑料的高效利用, 突破分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、鍵能高、流體性質(zhì)特殊等瓶頸, 發(fā)展廢塑料中特定化學(xué)鍵選擇性斷裂和重組方法, 闡明熔融態(tài)下的界面?zhèn)髻|(zhì)規(guī)律, 實(shí)現(xiàn)廢塑料的“斷鏈—功能化—重組”, 推動(dòng)其從“降級(jí)回收”走向“升級(jí)再造”. 針對(duì)二氧化碳資源化利用, 耦合可再生光/電能或綠氫, 發(fā)展熱催化、光催化、電催化以及多能量場(chǎng)耦合驅(qū)動(dòng)的二氧化碳催化轉(zhuǎn)化新過(guò)程, 理性設(shè)計(jì)并構(gòu)筑具有多位點(diǎn)協(xié)同功能的催化體系, 實(shí)現(xiàn)溫和條件下二氧化碳與其他分子的高選擇性耦合轉(zhuǎn)化與高值利用. 發(fā)展綠電驅(qū)動(dòng)的分子精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化方法, 突破電-熱耦合催化、中溫質(zhì)子傳導(dǎo)材料、電極-電解質(zhì)界面調(diào)控等關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)問(wèn)題, 建立短流程、低能耗的電解合成新過(guò)程.

通過(guò)特定化學(xué)鍵的定向活化及精準(zhǔn)轉(zhuǎn)化, 并耦合可再生能源, 開(kāi)拓生物質(zhì)、廢塑料、二氧化碳等的循環(huán)升級(jí)新路線, 為建立碳循環(huán)利用的綠色碳科學(xué)與技術(shù)奠定基礎(chǔ).

5.2.4多孔催化材料表界面化學(xué)

分子篩等多孔材料在石油煉制、煤化工及可再生碳資源轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有重要地位. 該領(lǐng)域應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展多尺度分子模擬和精準(zhǔn)表征方法, 解析分子篩等多孔材料三維孔道和等級(jí)結(jié)構(gòu)成核、生長(zhǎng)與調(diào)控機(jī)制, 實(shí)現(xiàn)從理性設(shè)計(jì)到定向合成; 根據(jù)特定反應(yīng)需求構(gòu)建分子篩等孔材料三維結(jié)構(gòu), 探討亞納米空間內(nèi)活性位點(diǎn)及局部電場(chǎng)對(duì)客體分子的協(xié)同激活作用, 研究多功能位點(diǎn)與反應(yīng)擴(kuò)散耦合機(jī)制; 構(gòu)建吸附-擴(kuò)散-反應(yīng)跨尺度耦合模型, 搭建高效擴(kuò)散等級(jí)孔材料催化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò), 利用人工智能輔助設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)描述客體分子擴(kuò)散行為, 解決多組分與低含量活性位點(diǎn)的定量檢測(cè)與化學(xué)態(tài)分辨問(wèn)題, 建立分子分布、動(dòng)力學(xué)演化與催化性能的關(guān)聯(lián), 實(shí)現(xiàn)微觀至宏觀尺度上分子篩等多孔材料催化反應(yīng)耦合傳質(zhì)傳熱的反應(yīng)器優(yōu)化設(shè)計(jì).

5.2.5先進(jìn)工業(yè)制造中的表界面化學(xué)

針對(duì)合成氨、合成氣與天然氣化工等重要工業(yè)過(guò)程, 通過(guò)催化劑與反應(yīng)過(guò)程創(chuàng)新, 構(gòu)建短流程、低能耗的催化新途徑, 實(shí)現(xiàn)工藝流程綠色再造. 傳統(tǒng)合成氨過(guò)程能耗高, 需發(fā)展光、電、磁、等離子體等外場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的低溫低壓新反應(yīng)路徑, 系統(tǒng)解析催化劑表界面氮?dú)夥肿咏怆x、氫物種反應(yīng)性及中間物種轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟, 從原理上突破傳統(tǒng)哈伯法對(duì)高溫高壓苛刻條件的依賴(lài). 同時(shí), 系統(tǒng)突破催化劑規(guī)?；煽刂苽?、反應(yīng)器–工藝匹配與過(guò)程強(qiáng)化、系統(tǒng)能量集成優(yōu)化以及數(shù)字化和智能化調(diào)控等關(guān)鍵技術(shù), 為流程再造提供核心方法學(xué)支撐.

芯片制造中的電子電鍍是實(shí)現(xiàn)納米級(jí)互連與微納結(jié)構(gòu)精密成形的關(guān)鍵技術(shù), 其發(fā)展水平直接決定了芯片產(chǎn)業(yè)能力. 其核心挑戰(zhàn)是精準(zhǔn)控制極端受限空間內(nèi)多組分復(fù)雜體系的電化學(xué)沉積過(guò)程. 該領(lǐng)域亟需加強(qiáng)基礎(chǔ)研究, 系統(tǒng)理解金屬電沉積的成核生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)與添加劑作用機(jī)制, 揭示納米至原子尺度鍍層結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演化規(guī)律, 建立鍍層結(jié)構(gòu)與電學(xué)性能的構(gòu)效關(guān)系. 通過(guò)解決芯片互連、三維封裝及高密度集成中的表界面基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題, 推動(dòng)原子尺度精準(zhǔn)沉積技術(shù)的實(shí)現(xiàn).

針對(duì)先進(jìn)工業(yè)制造中的極限精度與功能集成的迫切需求, 表界面原子制造正成為突破器件性能瓶頸和推動(dòng)制造范式升級(jí)的重要方向. 通過(guò)對(duì)表界面原子級(jí)反應(yīng)、遷移與重構(gòu)過(guò)程的精準(zhǔn)調(diào)控, 實(shí)現(xiàn)原子逐層構(gòu)筑、缺陷可控引入及異質(zhì)界面定向組裝, 是實(shí)現(xiàn)新一代高性能器件與功能材料的關(guān)鍵. 亟需發(fā)展基于表界面化學(xué)反應(yīng)的原子級(jí)制造新原理, 構(gòu)建可編程、可預(yù)測(cè)的原子制造方法體系, 系統(tǒng)揭示原子尺度結(jié)構(gòu)對(duì)電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)、力學(xué)及量子性質(zhì)的決定作用, 為先進(jìn)芯片制造、能源器件及高端功能材料提供共性技術(shù)支撐.

5.2.6光電功能材料與器件中的膠體超結(jié)構(gòu)

膠體顆粒的可控制備與超晶格結(jié)構(gòu)構(gòu)筑是膠體與界面化學(xué)及多學(xué)科交叉的前沿方向, 其核心是實(shí)現(xiàn)材料從微觀構(gòu)建到宏觀功能的跨尺度研究, 建立結(jié)構(gòu)有序性與協(xié)同物性之間的內(nèi)在聯(lián)系. 該領(lǐng)域面向新一代光電功能材料與器件, 圍繞新型膠體粒子及組裝基元的設(shè)計(jì)制備、形貌控制、界面分子修飾與功能調(diào)控, 發(fā)展超晶格構(gòu)建策略, 揭示其熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)規(guī)律, 構(gòu)建復(fù)雜多級(jí)結(jié)構(gòu)(如非密堆積、手性、可重構(gòu)等體系), 解決多尺度組裝、表界面調(diào)控及跨尺度制備等基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題, 為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)光子材料、高性能介電、半導(dǎo)體與鐵電材料的關(guān)鍵突破提供支撐, 并推動(dòng)柔性電子、電磁調(diào)控與新型光電功能材料的發(fā)展.

5.2.7儲(chǔ)能界面電化學(xué)

儲(chǔ)能界面電化學(xué)主要探究電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生條件下化學(xué)電源內(nèi)部多相、多尺度界面上的電荷轉(zhuǎn)移與存儲(chǔ)規(guī)律, 其電荷傳遞效率與界面穩(wěn)定性直接決定了電池的關(guān)鍵性能. 針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)、無(wú)人機(jī)、智能電網(wǎng)、國(guó)防軍工以及空天探測(cè)等領(lǐng)域?qū)Ω吣芰棵芏?、高安全性電池的?zhàn)略需求, 建立基于非均勻非連續(xù)界面的電/熱/力多場(chǎng)耦合電子/離子跨尺度傳輸模型; 發(fā)展可適配固體電解質(zhì)、高濃電解液、多孔/超厚電極等的電極過(guò)程動(dòng)力學(xué); 構(gòu)建新型電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)(如固態(tài)電池、有機(jī)電池、液流電池、水系電池、柔性電池等); 建立極端環(huán)境下電化學(xué)界面演變的人工智能輔助表征、解析與預(yù)測(cè)技術(shù).

5.3 面向人民生命健康

5.3.1生物制造中的催化基礎(chǔ)

化學(xué)生物融合催化是催化科學(xué)與生命科學(xué)的深度交叉前沿. 建立并發(fā)展化學(xué)與生物催化功能互補(bǔ)、過(guò)程協(xié)同的新體系, 突破單一體系局限, 探究超越自然與傳統(tǒng)化學(xué)邊界的化學(xué)生物融合催化新機(jī)制, 實(shí)現(xiàn)淀粉、蛋白質(zhì)、藥物、高端精細(xì)化學(xué)品等的高效合成, 建立跨學(xué)科融合的催化研究新范式. 著重探究化學(xué)催化與細(xì)胞工廠的耦合路徑, 揭示多活性中心或跨體系間的物質(zhì)與能量傳遞規(guī)律, 提高物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)化效率, 解決反應(yīng)條件兼容性與生物相容性的難題, 實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單底物到復(fù)雜分子的高效合成. 同時(shí)注重仿生催化研究, 在分子與材料層面模擬生命體系的催化本質(zhì), 借鑒酶活性中心的精確結(jié)構(gòu)、微環(huán)境調(diào)控及協(xié)同機(jī)制, 設(shè)計(jì)與合成高性能催化劑, 以實(shí)現(xiàn)“學(xué)習(xí)自然、超越自然”的目標(biāo).

5.3.2電化學(xué)信息轉(zhuǎn)化與腦機(jī)接口

電化學(xué)信息轉(zhuǎn)化是利用電化學(xué)特有的電子/離子界面實(shí)現(xiàn)生命體系化學(xué)信息的傳感、轉(zhuǎn)錄和調(diào)控, 已經(jīng)在人工耳蝸、神經(jīng)性疾病治療等方面取得應(yīng)用, 在備受關(guān)注的腦機(jī)接口技術(shù)研發(fā)中具有重要的基礎(chǔ)科學(xué)性. 該領(lǐng)域致力于揭示生物分子與電極界面的電子轉(zhuǎn)移及信息轉(zhuǎn)錄機(jī)制, 為活體分析與疾病診斷提供新方法. 主要研究?jī)?nèi)容包括: (1) 建立系統(tǒng)科學(xué)視角下的生物電化學(xué)界面與體系; (2) 發(fā)展高性能生物電化學(xué)功能器件與高通量、集成化、智能化系統(tǒng); (3) 開(kāi)發(fā)數(shù)智賦能的腦機(jī)接口與類(lèi)腦智能技術(shù)以及臨床可用的生物電化學(xué)診療系統(tǒng). 通過(guò)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用轉(zhuǎn)化協(xié)同培育創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)生態(tài), 推動(dòng)電化學(xué)生物傳感器和腦機(jī)接口等產(chǎn)業(yè)與技術(shù)升級(jí), 突破國(guó)際技術(shù)壟斷, 增加我國(guó)在生物電子領(lǐng)域的話語(yǔ)權(quán).

5.3.3面向生物醫(yī)藥的亞穩(wěn)態(tài)組裝體系

面向生物醫(yī)藥領(lǐng)域的重大需求, 精準(zhǔn)構(gòu)筑亞穩(wěn)態(tài)組裝體系, 研究非平衡態(tài)下跨尺度分子自組裝的物理化學(xué)規(guī)律, 實(shí)現(xiàn)高度動(dòng)態(tài)、自適應(yīng)的遞送與診療系統(tǒng)的構(gòu)筑. 研究主要涵蓋以下三個(gè)方面: (1) 解析組裝過(guò)程中多重非共價(jià)作用的協(xié)同與競(jìng)爭(zhēng)、非平衡態(tài)動(dòng)力學(xué)控制及復(fù)雜熵焓調(diào)控規(guī)律, 發(fā)展能量流驅(qū)動(dòng)的耗散自組裝理論, 實(shí)現(xiàn)亞穩(wěn)態(tài)組裝體相變的級(jí)聯(lián)觸發(fā)與智能調(diào)控; (2) 研究液-液相分離凝聚體、非共價(jià)玻璃、凝膠及膠體馬達(dá)等亞穩(wěn)態(tài)組裝體系的結(jié)構(gòu)特征、界面效應(yīng)與動(dòng)態(tài)行為, 闡明其從亞穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)態(tài)演化的路徑與機(jī)制, 發(fā)展相應(yīng)的可控構(gòu)筑與調(diào)控策略; (3) 構(gòu)建高度可控、可編程的智能功能系統(tǒng), 探究其在生物復(fù)雜環(huán)境中的動(dòng)態(tài)性、自適應(yīng)性及響應(yīng)性行為, 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)重大疾病的精準(zhǔn)干預(yù)與高效治療. 這些研究將為智能響應(yīng)生物材料、新型藥物遞送系統(tǒng)及仿生人工細(xì)胞的設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支撐, 并推動(dòng)其在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用.

5.3.4仿生限域界面與流體輸運(yùn)

仿生界面化學(xué)是我國(guó)具有國(guó)際影響力的前沿方向, 以自然生物界面為藍(lán)本, 研究多相界面中的物質(zhì)輸運(yùn)、外場(chǎng)響應(yīng)及跨尺度調(diào)控規(guī)律, 為黏附/潤(rùn)滑、低能耗化工、能量轉(zhuǎn)換、高效分離及人機(jī)接口等領(lǐng)域提供科學(xué)基礎(chǔ). 該領(lǐng)域的核心科學(xué)問(wèn)題包括: 生物界面功能的形成原理、限域結(jié)構(gòu)對(duì)分子/離子電子態(tài)與輸運(yùn)行為的影響機(jī)制. 研究重點(diǎn)包括: (1) 仿生界面的構(gòu)建方法, 界面黏附、潤(rùn)滑、輸運(yùn)等功能的物理化學(xué)本質(zhì); (2) 仿生限域界面對(duì)流體行為及反應(yīng)活性的調(diào)控機(jī)制; (3) 面向極端環(huán)境的高性能界面材料跨尺度仿生創(chuàng)制; (4) 在超低能耗合成、限域微加工、能量轉(zhuǎn)換等關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用探索. 通過(guò)構(gòu)建結(jié)構(gòu)多級(jí)、功能精密的仿生限域界面體系, 精準(zhǔn)調(diào)控分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)輸運(yùn), 有望推動(dòng)化工、能源、材料等領(lǐng)域的綠色轉(zhuǎn)型, 對(duì)形成顛覆性技術(shù)、搶占未來(lái)科技制高點(diǎn)具有重要戰(zhàn)略意義.

6

本學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展的保障措施與政策建議

根據(jù)催化與表界面化學(xué)的重要學(xué)科地位及自身發(fā)展特點(diǎn), 完成上述重點(diǎn)發(fā)展方向與優(yōu)先領(lǐng)域的研究任務(wù), 取得顛覆性原始創(chuàng)新成果, 需采取切實(shí)可行、綜合有效的政策保障措施, 提升科學(xué)基金的資助效能.

加強(qiáng)重大科技任務(wù)的頂層設(shè)計(jì)和戰(zhàn)略布局. “十四五”后期, 國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“基金委”)作為主責(zé)單位承擔(dān)部分重大專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)的立項(xiàng)工作. 面向國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和科學(xué)前沿, 建立戰(zhàn)略科學(xué)家研討立項(xiàng)機(jī)制, 組織做好基礎(chǔ)研究和應(yīng)用基礎(chǔ)研究戰(zhàn)略布局, 加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì), 做好有組織的科研, 是基金委面臨的新挑戰(zhàn)和重任.

探索重大非共識(shí)項(xiàng)目的遴選與資助機(jī)制. 重大非共識(shí)項(xiàng)目是基礎(chǔ)研究中最具原創(chuàng)性的項(xiàng)目, 是未來(lái)產(chǎn)生諾獎(jiǎng)級(jí)創(chuàng)新成果的基石. 這類(lèi)項(xiàng)目與基金委常規(guī)項(xiàng)目的遴選機(jī)制差異很大, 需要有符合科學(xué)探索性的爭(zhēng)論和戰(zhàn)略決策機(jī)制, 允許具有高風(fēng)險(xiǎn)、高原創(chuàng)性的研究方向通過(guò)差異化評(píng)審機(jī)制獲得持續(xù)資助.

在常規(guī)項(xiàng)目評(píng)審、立項(xiàng)與資助管理方面, 完善專(zhuān)家遴選機(jī)制和項(xiàng)目評(píng)價(jià)體系. 積極推動(dòng)“一鍵”指派系統(tǒng)的完善; 進(jìn)一步簡(jiǎn)化項(xiàng)目同行評(píng)議表結(jié)構(gòu)與評(píng)價(jià)內(nèi)容, 函評(píng)意見(jiàn)要重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)擬解決科學(xué)問(wèn)題和研究創(chuàng)新性等核心評(píng)審要素, 將評(píng)審重心回歸科學(xué)問(wèn)題本身, 聚焦研究方案的可行性與新穎性, 推進(jìn)項(xiàng)目評(píng)審的精準(zhǔn)化、科學(xué)化和規(guī)范化; 依據(jù)學(xué)科基礎(chǔ)性與重要性, 確保經(jīng)費(fèi)和資源配置與學(xué)科地位及實(shí)際貢獻(xiàn)相匹配. 在保證研究類(lèi)資助項(xiàng)目數(shù)穩(wěn)定增長(zhǎng)的同時(shí), 加大項(xiàng)目資助強(qiáng)度與學(xué)科權(quán)重比例. 在項(xiàng)目結(jié)題管理及評(píng)價(jià)時(shí), 強(qiáng)調(diào)重大科學(xué)問(wèn)題與原創(chuàng)貢獻(xiàn), 弱化單一論文指標(biāo)評(píng)價(jià), 推動(dòng)分類(lèi)評(píng)價(jià)與多維考核機(jī)制. 優(yōu)化科研成果評(píng)價(jià)體系, 將算法平臺(tái)、開(kāi)源代碼、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建與知識(shí)圖譜形成納入科研績(jī)效考核指標(biāo), 推動(dòng)科研成果形式的多元化、可復(fù)現(xiàn)與可持續(xù)發(fā)展.

在資助研究平臺(tái)建設(shè)方面, 設(shè)立面向基礎(chǔ)理論的專(zhuān)項(xiàng)基金, 鼓勵(lì)底層算法、建模理論及跨尺度模擬方法的原始創(chuàng)新研究, 弱化短期的功利性導(dǎo)向思維, 強(qiáng)化“從0到1”和源頭技術(shù)儲(chǔ)備研究. 建設(shè)國(guó)家級(jí)開(kāi)放模擬平臺(tái)與高質(zhì)量數(shù)據(jù)庫(kù), 由權(quán)威科研機(jī)構(gòu)牽頭, 構(gòu)建可拓展、能共享的全過(guò)程數(shù)據(jù)庫(kù)與模擬系統(tǒng). 建設(shè)國(guó)家級(jí)動(dòng)態(tài)表征中心, 推動(dòng)大科學(xué)裝置智能化升級(jí)及多模態(tài)平臺(tái)共建共享.

將研究項(xiàng)目與高端人才培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來(lái), 遵循科學(xué)發(fā)展規(guī)律, 健全人才選拔機(jī)制,鼓勵(lì)學(xué)科交叉、團(tuán)隊(duì)協(xié)作與平臺(tái)共享. 加強(qiáng)跨學(xué)科的復(fù)合型人才培養(yǎng)力度, 支持研究團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定合作, 形成創(chuàng)新合力, 避免內(nèi)卷式競(jìng)爭(zhēng). 強(qiáng)化交叉型青年人才培養(yǎng)機(jī)制, 鼓勵(lì)具有數(shù)理基礎(chǔ)與材料背景的復(fù)合型青年人才參與催化與表界面化學(xué)基礎(chǔ)研究.

加強(qiáng)基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化機(jī)制探索和平臺(tái)建設(shè), 對(duì)具有潛在重大應(yīng)用價(jià)值或?qū)W科引領(lǐng)意義的研究成果開(kāi)展持續(xù)滾動(dòng)支持. 完善研究成果轉(zhuǎn)化渠道, 推動(dòng)成果與國(guó)家重大工程、行業(yè)龍頭企業(yè)及應(yīng)用場(chǎng)景的有效對(duì)接. 在二氧化碳轉(zhuǎn)化、綠色氫能與氨合成、燃料電池等關(guān)鍵能源技術(shù)研發(fā)中引入先驗(yàn)理論模型模塊, 實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與理論指導(dǎo)高度融合, 推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研深度協(xié)同, 提升研發(fā)效率與成果轉(zhuǎn)化能力.

加強(qiáng)監(jiān)督體系建設(shè), 維護(hù)科學(xué)基金項(xiàng)目公平公正性, 堅(jiān)決抵制任何形式的學(xué)術(shù)不端行為, 加大懲戒力度, 營(yíng)造風(fēng)清氣正的科學(xué)氛圍, 持續(xù)推進(jìn)學(xué)術(shù)道德建設(shè).

提倡敢為人先、寬容失敗的健康科學(xué)文化, 鼓勵(lì)學(xué)術(shù)爭(zhēng)鳴與科學(xué)批判, 推動(dòng)國(guó)內(nèi)外內(nèi)涵性學(xué)術(shù)交流, 全面提升我國(guó)催化與表界面化學(xué)的原始創(chuàng)新能力與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力, 培養(yǎng)新質(zhì)生產(chǎn)力, 為我國(guó)能源與資源利用、原子和智能制造、健康與安全保障等提供基礎(chǔ)科學(xué)原理與核心技術(shù)支撐.

與學(xué)科“十四五”規(guī)劃[1]相比, 學(xué)科“十五五”規(guī)劃的保障措施更注重長(zhǎng)周期支持、智能化科研體系與平臺(tái)共建共享; 在創(chuàng)新文化引領(lǐng)下, 弘揚(yáng)科學(xué)探索精神, 構(gòu)建面向未來(lái)的系統(tǒng)性創(chuàng)新生態(tài). 未來(lái)五年, 我國(guó)催化與表界面化學(xué)不僅要服務(wù)于國(guó)家重大戰(zhàn)略需求, 而且要引領(lǐng)全球催化與表界面化學(xué)的創(chuàng)新性研究, 制定國(guó)際規(guī)則, 建立研究范式, 成為推動(dòng)科技強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略和全球能源與材料創(chuàng)新的基礎(chǔ)科學(xué)高地.

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【致謝】感謝學(xué)科“十五五”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃顧問(wèn)專(zhuān)家組、專(zhuān)家組和秘書(shū)組以及所有參與研討和提出建議的專(zhuān)家們, 感謝所有為各領(lǐng)域戰(zhàn)略規(guī)劃研討會(huì)提供支持的單位和科研人員.

【參考文獻(xiàn)】

1 Gao F, Yi X. Sci Sin Chim, 2021, 51: 932–943 (in Chinese) [高飛雪, 伊?xí)詵|. 中國(guó)科學(xué): 化學(xué), 2021, 51: 932–943]

全文信息

高飛雪, 何鵬. 催化與表界面化學(xué)“十五五”發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃概述. 中國(guó)科學(xué): 化學(xué), 2026, 56, doi: 10.1360/SSC-2026-0040

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（本文編輯：劉四旦）

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