化学研究展望

化学研究展望

化学研究展望

1．概述

化学科学涵盖的内容极其丰富，各分支学科的发展非常迅猛。国情决定我们必须遵循“有所为、有所不为”的方针，选择对科学发展和国民经济与社会发展具有最重要意义的项目来研究。

认识化学现象与规律的本质需要理论，未来应该对理论与计算化学方向有更多的关注与投入，以促进化学研究更好更快地发展。现代化学的发展要求理论计算量更大、计算速度更快和计算更准确，这就要求在理论和计算方法上都有新的突破。应该注重理论方法发展的研究，加强凝聚相的动力学理论和统计力学的研究，要特别注重新概念、新思想的提出。实际复杂体系分析是化学信息学的主要方向之一，解决化学、生命、环境、材料等学科中各种复杂的实际问题是该学科的努力目标。数据挖掘和知识发现是化学信息学的核心内容。海量的化学结构数据和化学测试数据的深层次挖掘、化学结构与各种化学性质和化学行为的定量关系研究、面向生命科学问题的研究是化学信息学的重要课题。算法研究是化学信息学的基本任务。

纳米科技、材料科学（特别是功能材料科学）、能源和生命科学是当今世界各国都特别重视的领域，化学科学的许多研究与这些方面密切相关，必须予以进一步关注。

化学研究不断延伸到国民经济的各个方面，特别是能源、环境、医药、食品等重大领域，各国在这些方面的科技投入明显增加，针对实际问题和具有重大研究背景的课题日益增多，有些研究已经解决了一些长期存在的难题。

化学与可持续发展和建设和谐社会有着密不可分的关系。应该进一步加快化学研究成果的转化，强化环境与绿色化学研究，关注公共安全中的化学问题的研究。

虽然应用或应用导向型的研究在不断增多，但是，化学原创性成果的取得强烈依赖于基础研究的进展。继续加强基础研究依然是化学发展之本，特别是新兴的交叉学科的进展更取决于化学基础研究的深化。对于化学学科本身的发展来说，新技术装备的开发和推广也是值得重视的一个方面。

2．无机化学

固体材料化学、配位化学、生物无机化学将是无机化学最重要的方向。合成具有独特光、电、磁性质的纳米材料、超导材料以及采用温和的方法合成传统上需在高温高压下合成的物质是无机固体材料领域的研究热点。功能配合物、建立在配位化学基础上的超分子配位化学、无机纳米团簇分子的设计合成及其性能研究、金属配合物的晶体工程是配位化学领域的研究前沿。揭示并阐明金属生物大分子的结构和生物功能，尤其是金属中心的结构及其作用，将成为今后生物无机化学研究的重点。无机药物及其在重大疾病防治中的应用、神经系统中的金属离子、多层次复杂生物系统的生物无机化学问题等研究将在今后若干年内得到迅速发展。

3．化学热力学与催化

复杂体系、非平衡态的化学热力学，纳米化学热力学，材料热力学，生物热力学和热化学，绿色化学中的化学热力学，溶液热力学，临界点附近热力学，提高统计热力学和分子力学的计算精度和模型普适性，以及开发新型热分析技术等，应是研究重点。

在化石能源和资源优化利用、新能源探索、环境保护、绿色化学以及人类健康与生活质量的改善等方面，催化学科将发挥更大的作用。应特别关注的课题包括：开发利用廉价和可再生资源；在尽可能温和的条件下进行烷烃活化、选择氧化、烷基化、聚合反应；高选择性催化合成，特别是不对称催化合成等新催化反应和新型催化材料研究；催化剂的高通量合成和评价方法，研究催化剂和催化反应机理的高灵敏度、高分辨率的新实验方法以及新理论方法等。

4．界面化学

制备新型的两亲分子一直是界面化学追求的目标。两亲分子的结构会导致自组织，在此基础上赋予其他特殊功能（例如螯合或配位功能、光或电致变形变色功能、聚合功能、温度和pH敏感功能等），是分子有序结构更好地发挥技术潜力的关键。对有序分子组合体系的内在规律及其化学反应调控本质，以及两亲分子有序组合体在生物医药领域的应用也应予以特别关注。

研究有序分子膜应特别注意学科的相互渗透、交融发展以及理论模拟与实际应用双重目标的互相补充、协同发展。重点包括：组装单元概念的拓宽和广义化以及新组装技术的探索与开发，以构建各种有特殊功能的有序功能分子聚集体和多功能集成芯片；模拟生物体系中的有序分子聚集体，提供生物生理活动的人工模拟平台等。

5．光化学与电化学

基本光化学原理和化学反应本质的深入研究，新的光化学反应的发现和反应过程及条件研究，生命体系中能量的吸收、转移、储存和转换，新型光电功能材料的光物理过程和光化学反应研究，光作为一种清洁反应试剂在环境保护中的作用，利用太阳能进行能源生产和利用，新的研究手段的引入等，都将是今后的重点。

基本电化学过程及反应机理的深入研究，电化学新材料、新方法探索，电化学与其他学科的交叉研究如纳米电化学、生物电化学研究等，在化石能源和资源优化利用及可再生能源利用方面的新型储能体系的探索等，都将是今后的热点。

6．有机固体

开发迁移率高和稳定性好的场效应材料，敏感性和选择性好的传感材料，新型具有电学双稳态的存储材料，高效且稳定的电致发白光材料，吸收光谱与太阳光匹配的、载流子迁移率高的有机太阳能电池材料等，是有机固体材料研究方面较为急迫的任务。

纳米尺度的精确调控，定向、定点、多维、大尺寸组装及组装动力学过程、机理与模型研究，以及有机功能纳米材料在器件中的应用等，都有待进一步探索。

器件结构的改善、新型器件的开发，特别是提高电致发光器件的发光效率和白光稳定性以及有机光伏器件的太阳光利用率和光电能量转换效率，是器件研究的重点。

7．有机化学

物理有机化学、有机合成和有机分离与分析是主要方向，尤以有机合成为核心。金属参与的有机合成反应一直是有机合成新反应发现的主要源泉，其中烯烃复分解反应和金参与的有机合成反应是近年受到较多关注的反应。对自由基介导的合成反应，主要是探索不同底物和反应条件下自由基反应的选择性以及如何避免采用剧毒的含锡试剂。“一个反应瓶”内的多步反应（如串联反应和多组分反应）是发展有机合成方法学的一个主要方面。关于手性纯化合物的合成，除拆分方法研究外，由易得的手性纯天然产物（糖、萜类等）为原料，通过各种不对称合成反应得到目标分子是主要途径。复杂天然分子的全合成仍将是最具挑战性的课题。

8．生物分析化学

生物分析化学是当今颇受关注的研究领域，其重点是：基因组学、蛋白质组学、代谢组学、金属组学分析新技术和新方法，生态环境学，纳米生物技术，免疫传感器和酶联免疫分析，分子层次间物质的相互作用，生物传感器，微流控系统与芯片分析化学，以及光谱、质谱、核磁共振、扫描探针显微镜、电化学、色谱等分析和分离方法的联用和组合，相关生物试剂、分析仪器的研制和开发等。

此外，中草药分析及指纹图谱，环境分析化学，细胞与病毒分析，药物与临床分析，表面、界面、微区和结构分析，与重大疾病相关的标志物检测与分析等，也受到很大关注。

多层次（水平）、多参数、全组分分析方法和技术平台，时空高分辨的活体无损分析方法，海量数据处理和挖掘技术，以及生物样品制备特别是浓缩或放大技术等，是亟待解决的关键问题。生物样品对象将逐渐从简单的“死物”转向活物，建议更多关注与脑智障和疾病有关的分析方法的发展，比如新的荧光成像技术等，利用这些技术可以检测单细胞中的单分子。

对方法学和分析方法的集成研究、仪器研制以及极端条件下电分析化学基础问题的研究都需进一步加强。有机分析化学、色谱学将始终是生物分析化学领域的重要内容之一。

9．高分子科学

我国高分子主要工业产品（塑料、橡胶、纤维、油漆与涂料）的产量名列世界前茅，而且将继续迅速增长，这对基础研究提出了更高的要求，特别是在新型功能高分子的基础研究方面。可控聚合仍将是今后高分子合成化学的主要方向，基因传递载体、组织工程发展所要求的生物功能化材料将得到更大发展。

在发展高分子学科的同时，应该特别关注高分子材料的改性、应用和开发，这既是材料科学的重要组成部分，又是高分子学科发展的重要源泉与动力。实现资源的可再生利用应是高分子材料应用研究的基本出发点。

联系宏观、介观、微观、纳观（纳米）尺度的流变学研究，尤其是本构模型研究，仍是未来一段时间内的研究重点。复杂流体的结构流变学与凝聚态物理学的结合，成为流变学发展的主流和高技术生长点的基础。微流体、电流变液、浓乳液、浓悬浮体、高分子多相体系、高凝／高黏度原油、新型生物医用材料、智能材料、功能材料、结构材料和功能结构材料的流变学应用研究是未来的热点。流变学测量技术进一步智能化、集成化并实现流变学参数的多尺度下在线测量，是学科发展的支撑。

10．生命、环境与绿色化学

化学生物学是与有机化学、分析化学紧密相关的一门新的交叉学科，与生命相关的化学问题研究是化学发展中受到极大关注的方向。就化学生物学学科本身来说，通过各种功能基因组研究计划（如蛋白质组计划、结构基因组计划和代谢组计划等），从细胞和分子层次弄清疾病发生的机制与防治机理，发现并确证药物作用的靶标，然后有目标地寻找药物是主要研究方向。与其他学科的交叉、融合是化学生物学发展的基石。

土壤污染化学、污染生态化学和理论环境化学的研究将会更快发展，有毒化学物质低剂量长时期暴露的生态效应及风险评价方法的研究将更加深入。环境化学研究将从分子水平揭示复合化学污染物作用的微观机制和生态毒理效应以及对人体的影响，从多介质、多界面的环境整体上揭示和预测化学污染物在实地环境中的归趋和行为，为污染环境的修复提供技术依据和有效途径。

绿色化学包括绿色合成、绿色催化、绿色介质、绿色原料、环境友好产品以及绿色工艺与技术。高效绿色催化是绿色化学的核心之一，一步／一锅催化替代复杂的传统过程将受到高度重视。生物柴油是一个热点，离子液体、超临界、过程强化等仍会受到很多关注。生物质的转化利用是重中之重，从生物质特别是纤维素、木质素获得燃料油和化学品，是未来的新生长点。

11．核化学与放射化学

重点包括：新元素和新核素的合成和化学性质研究，先进核燃料后循环处理，放射性药物化学，环境放射化学，高放废物处置化学，放射分析化学，与核试和军控相关的核化学与放射化学问题等。具体问题如新元素和新核素的寻找，强辐射场下的核燃料性质及其化学分离行为，极端条件下的基础放射化学尤其是钚化学等。

放射化学与其他学科将有更多的交叉融合。