化學與材料科學十大熱點前沿出爐!
新聞事件
12月3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《2025研究前沿》報告,遴選了2025年全球最為活躍的128個研究前沿,其中化學與材料科學領域的十大熱點前沿尤為引人注目。這些前沿方向主要集中在合成化學、材料回收與循環(huán)利用、鋰電池、能源材料等研究方向,為化工行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展指明了方向。
新聞深一度
化工行業(yè)新聞熱點解讀
合成化學:綠色低碳技術引領革命性突破
報告顯示,合成化學領域的四個前沿方向尤為活躍:苯環(huán)的生物電子等排體合成、COF光催化合成過氧化氫、電化學還原二氧化碳制多碳產(chǎn)物、ET水解酶的定向進化與設計。
這些技術代表著綠色合成化學的未來趨勢,特別是電化學還原二氧化碳制多碳產(chǎn)物技術,不僅可實現(xiàn)溫室氣體的資源化利用,還能生產(chǎn)高附加值化學品,對實現(xiàn)“雙碳”目標具有重要意義。這項技術正從實驗室走向產(chǎn)業(yè)化。武漢大學雷愛文教授團隊開發(fā)的電合成新技術,將工業(yè)上常用但有毒有害的一氧化碳,替換為惰性無毒的二氧化碳,高效合成了醫(yī)藥和農(nóng)藥領域重要的非對稱脲。
生物基技術也獲得巨大突破。國內(nèi)首套生物基聚碳酸酯裝置在中石油參股企業(yè)投產(chǎn),采用異山梨醇替代雙酚A,填補了高端材料空白。同時,廣西通過“揭榜掛帥”機制推動聚乳酸和聚羥基脂肪酸酯技術攻關,重點突破非糧原料利用和成本控制瓶頸。生物基合成技術的突破,是全球生物基材料需求迅猛發(fā)展驅(qū)動的結(jié)果,也是全球低碳和可持續(xù)循環(huán)發(fā)展的必要環(huán)節(jié)。
材料回收與循環(huán)利用:政策與市場雙輪驅(qū)動
在材料回收與循環(huán)利用方向,回收利用廢舊鋰離子電池正極材料和廢舊聚烯烴塑料的化學回收成為重點前沿。
在回收利用廢舊鋰離子電池正極材料方面,最新技術不斷涌現(xiàn)。美國伍斯特理工學院研究團隊開發(fā)出一種高效環(huán)保、可規(guī)模化應用的鋰離子電池回收新工藝,能回收92%以上的鎳、鈷、錳等關鍵金屬,并將其轉(zhuǎn)化為高性能正極粉末。美國萊斯大學研究人員則開發(fā)出一種新型反應器,可將廢舊電池中的鋰高效轉(zhuǎn)化為高純度氫氧化鋰,為鋰資源回收開辟了一條更清潔、更經(jīng)濟的路徑。更為創(chuàng)新的是,中國科學技術大學陳維教授課題組提出一種基于電化學原理的綠色可持續(xù)廢棄物回收管理策略,能夠同時實現(xiàn)廢舊鋰離子電池正極材料中的鋰資源回收和工業(yè)尾氣中氮氧化物污染物的捕獲和轉(zhuǎn)化。。
廢舊聚烯烴塑料的化學回收技術也迎來創(chuàng)新機遇。歐盟《包裝和包裝廢棄物法規(guī)》(PPWR)要求2030年前包裝材料再生含量不低于25%,這為再生塑料行業(yè)及生物基制備工藝帶來巨大機遇。
鋰電池材料:新能源汽車驅(qū)動需求爆發(fā)
鋰電池方向,鋰離子電池單晶高鎳正極材料和用于全固態(tài)電池的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)入選熱點前沿。
鋰離子電池單晶高鎳正極材料是提升電池能量密度和穩(wěn)定性的關鍵。隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)爆發(fā)式增長,動力電池材料需求持續(xù)攀升,單晶高鎳正極材料有望解決傳統(tǒng)多晶材料的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性問題。
用于全固態(tài)電池的鹵化物固態(tài)電解質(zhì)可能成為解決電池安全性和能量密度瓶頸的突破口。寧波東方理工大學孫學良團隊聯(lián)合國際團隊,創(chuàng)制了新型超高離子電導率的鹵化物電解質(zhì),并首次解析了鋰離子三維連續(xù)四面體傳輸路徑。該團隊開發(fā)的電解質(zhì)刷新了鹵化物基固態(tài)電解質(zhì)的室溫離子電導率紀錄,達到13.7毫西門子每厘米,實現(xiàn)了超低溫環(huán)境下全固態(tài)電池的穩(wěn)定運行。這項技術為全固態(tài)電池從實驗室走向?qū)嶋H應用提供了新的技術路徑。
能源材料技術:多領域應用前景廣闊
能源材料方向的兩項前沿,展示了化工材料在能源領域的廣泛應用前景。
高性能熱電材料能夠?qū)崿F(xiàn)熱能與電能的直接轉(zhuǎn)換,在工業(yè)余熱利用、深空探測等領域具有重要應用價值?;ず铣杉夹g的進步為開發(fā)更高效率、更低成本的熱電材料提供了可能。由中國科學院化學研究所與北京航空航天大學等機構(gòu)的研究團隊完成,通過創(chuàng)新設計的聚合物多異質(zhì)結(jié)(PMHJ)結(jié)構(gòu),將柔性熱電材料的性能提升至接近商用水平,讓可穿戴能源設備的規(guī)?;瘧弥溉湛纱?。
高溫儲能聚合物電介質(zhì)是先進電容器件的核心材料,對電力系統(tǒng)、新能源汽車和脈沖功率設備至關重要。化工新材料在耐高溫、高儲能密度方面的突破,將進一步推動電子設備的小型化和高效化。清華大學沈洋教授團隊開發(fā)出含有磷鎢酸亞納米片的聚合物基復合電介質(zhì)薄膜,并成功實現(xiàn)了百米級長度的卷對卷生產(chǎn)。該薄膜在150°C高溫下仍能保持高儲能密度和長循環(huán)壽命,有望直接應用于新能源汽車和工業(yè)電力電子領域。
從實驗室到產(chǎn)業(yè)化,化工行業(yè)迎來格局重塑
這些科研前沿正與產(chǎn)業(yè)發(fā)展深度融合,推動化工行業(yè)向高端化、綠色化、智能化方向轉(zhuǎn)型。
行業(yè)周期反轉(zhuǎn)在即。申萬宏源證券化工行業(yè)首席分析師宋濤指出,當前化工行業(yè)已處于供需雙底部,資本開支高峰落幕疊加“反內(nèi)卷”政策加碼,2026年將成為行業(yè)右側(cè)拐點確立的關鍵之年。企業(yè)戰(zhàn)略重心轉(zhuǎn)向高端材料。根據(jù)中國化工信息中心預測,2025-2030年我國化工行業(yè)將實現(xiàn)從供應端驅(qū)動到市場需求驅(qū)動的轉(zhuǎn)型,大宗化學品逐漸進入寡頭競爭階段,特種化工及材料企業(yè)將實現(xiàn)進口替代與海外布局。
