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合發(fā)布了《2024研究前沿》。報告以ESI數據庫中的13318個研究前沿為基礎，遴選展示了2024年在農業(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，數學，信息科學，經濟學、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學科的發(fā)展趨勢。
總體而言，綜合11大學科領域整體表現，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域優(yōu)勢突出，農業(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。
化學與材料科學領域熱點前沿
化學與材料科學領域 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，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。水系鋅離子電池無枝晶鋅金屬負極設計前沿的 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、高濃度電解質等)、表面改性、電極結構設計等。
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。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。
化學與材料科學領域新興前沿
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。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—電子導體的晶體管技術，有機電化學晶體管具有高靈敏度、快速響應速度、低工作電壓、高跨導、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域具有良好的應用前景。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、人工脈沖神經元、邏輯電路等領域的應用。
結束語
科學研究的世界呈現出蔓延生長、不斷演化的景象。洞察科研動向、尤其是跟蹤新興專業(yè)領域對科研工作、產學研轉化、相關產業(yè)鏈及產業(yè)鏈上下游的發(fā)展具有重大的意義。
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