IUPAC 公布2020年化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)

發(fā)布時間：2020年10月23日 來源：中國化學(xué)會

日前，國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）正式公布2020年度化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)（Top Ten Emerging Technologies in Chemistry）評選結(jié)果。這是由IUPAC于2019年發(fā)起的全球性活動，希望能在全世界范圍內(nèi)遴選出具有巨大潛力的創(chuàng)新技術(shù)，以此來改變當(dāng)前的全球化學(xué)與工業(yè)界格局，推動實(shí)現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDG）。遴選出的新興技術(shù)被期待更好提升人類生活和社會質(zhì)量，幫助我們更合理、更高效地利用和轉(zhuǎn)換資源，為新材料、電池、傳感器和醫(yī)學(xué)等諸多應(yīng)用領(lǐng)域提供可持續(xù)發(fā)展的解決方案。

 

2020年化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)

聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation-induced emission）

人工智能（Artificial intelligence）

雙離子電池（Dual-ion batteries）

高壓無機(jī)化學(xué)（High-pressure inorganic chemistry）

液體門控技術(shù)（Liquid gating technology）

更利于塑料回收的大分子單體（Macromonomers for better plastic recycling）

微生物組和生物活性化合物（Microbiome and bioactive compounds）

納米傳感器（Nanosensors）

快速診斷測試（Rapid diagnostics for testing）

核糖核酸疫苗（RNA vaccines）

 

特別值得關(guān)注的是，本次評選結(jié)果中有兩項(xiàng)是由我國科學(xué)家們引領(lǐng)的新興方向：華南理工大學(xué)/香港科技大學(xué)唐本忠教授等人提出的“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”和廈門大學(xué)侯旭教授等人提出的“液體門控技術(shù)”。另外，湖南大學(xué)魯兵安教授團(tuán)隊和韓旭教授團(tuán)隊首個基于雙離子機(jī)制運(yùn)行的軟包電池模型（“雙離子電池”技術(shù)領(lǐng)域），以及北京高壓科學(xué)研究中心對于高壓環(huán)境下的最新監(jiān)測技術(shù)（“高壓無機(jī)化學(xué)”技術(shù)領(lǐng)域）受到了評審委員會的關(guān)注和報道。

新冠病毒疫情無疑在全球范圍內(nèi)給人類社會帶來了深遠(yuǎn)的影響。在這場全球新冠病毒的抗?fàn)幹?，化學(xué)家們扮演著關(guān)鍵的角色，從肥皂、清水到測試、新藥物，化學(xué)將是戰(zhàn)勝這一威脅的重要武器。“快速診斷測試”、“核糖核酸疫苗”技術(shù)也入選到2020年“化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。

 

【延伸閱讀】

 

聚集誘導(dǎo)發(fā)光

當(dāng)今，有機(jī)發(fā)光材料已經(jīng)在發(fā)光二極管和生物成像技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。通常，這類材料含有大量的芳香基元，但其在高濃度下傾向于堆疊，從而導(dǎo)致熒光猝滅，這一效應(yīng)被稱之為聚集導(dǎo)致發(fā)光猝滅。早在2001年，唐本忠教授團(tuán)隊就觀察到了一個與之相反的現(xiàn)象：某些分子在稀溶液中發(fā)光微弱，但堆積后發(fā)光顯著增強(qiáng)，并稱之為聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）。盡管這一現(xiàn)象報道之初，并沒有引起足夠的關(guān)注，但目前已經(jīng)成為一個熱點(diǎn)研究領(lǐng)域，AIE改變了人們對發(fā)光材料的傳統(tǒng)認(rèn)識。分子的“形狀”是理解這一效應(yīng)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的發(fā)光分子不同，AIE分子呈現(xiàn)非平面的構(gòu)型，它們就像微型螺旋槳一樣，不停地轉(zhuǎn)動。但當(dāng)它們聚集時，旋轉(zhuǎn)大大抑制，從而能量以光的形式釋放出來。自從AIE概念提出以來，化學(xué)家們已經(jīng)制備了數(shù)類具有這種效應(yīng)的化合物，其中包括經(jīng)典的多環(huán)芳烴化合物和有機(jī)金屬復(fù)合物，以及聚合物、寡糖和納米粒子等。AIE為發(fā)光材料的發(fā)展開辟了新的道路，AIE材料已經(jīng)在有機(jī)發(fā)光二極管、傳感器和新型生物成像技術(shù)等方面得到了應(yīng)用。實(shí)踐證明AIE材料在光電器件、熒光傳感器、生物成像等領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用潛力。聚集誘導(dǎo)發(fā)光是中國原創(chuàng)的、耕植于祖國大地的新興技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2020年5月31日，全世界共有145個國家約12000家單位從事該技術(shù)的相關(guān)研究工作。作為聚集誘導(dǎo)發(fā)光研究的全球引領(lǐng)者，唐本忠院士立足于當(dāng)今時代浪潮，致力于將聚集誘導(dǎo)發(fā)光的基礎(chǔ)研究進(jìn)行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。

液體門控技術(shù)

使用液體作為結(jié)構(gòu)材料來建造響應(yīng)式閥門的想法聽起來有些不可思議。然而，在2015年，由侯旭等人首次提出的“液體門控”這個新概念，并在最近的幾年，逐漸將該原創(chuàng)概念發(fā)展成形，讓這個想法成功地走進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。通常來說，傳統(tǒng)液體膜體系的作用機(jī)理在于兩相界面上濃度或電位的化學(xué)勢差異，而液體門控膜的作用機(jī)理則依賴于毛細(xì)管作用對壓力變化所產(chǎn)生的響應(yīng)。通過液體的動態(tài)重構(gòu)與可逆恢復(fù)，液體門控體系可以實(shí)現(xiàn)孔道的開關(guān)功能以及可調(diào)的壓強(qiáng)控制性能；通過對膜孔道的修飾和門控液體的選擇，可實(shí)現(xiàn)門控體系對所傳輸物質(zhì)的物理或者化學(xué)響應(yīng)。結(jié)合以上兩種特性，液體門控技術(shù)就可以對所通過的物質(zhì)包括氣體，液體以及多相混合液體進(jìn)行動態(tài)分離，并且它具有優(yōu)異的抗污染和節(jié)能等性能，有望大幅延長膜材料的使用壽命，提高傳統(tǒng)膜系統(tǒng)的普適性，這對膜科學(xué)與技術(shù)、微流控等多個交叉學(xué)科的發(fā)展帶來了具有里程碑式的意義。因此，專家們認(rèn)為這項(xiàng)新興技術(shù)將在大規(guī)模過濾和分離過程中起到非常重要的作用。同時，液體門控技術(shù)被認(rèn)為可以加速實(shí)現(xiàn)“聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)6”的計劃，該計劃旨在確保人人都能獲得清潔用水和衛(wèi)生設(shè)施；并且，液體門控技術(shù)不需要消耗電能，可以節(jié)約傳統(tǒng)技術(shù)所需要的巨大能量消耗。侯旭教授課題組引領(lǐng)的液體門控技術(shù)的研究在許多其它的領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，比如化學(xué)傳感檢查，生物3D打印和微流控芯片等。盡管液體門控技術(shù)是一項(xiàng)新興技術(shù)，但已經(jīng)被認(rèn)為是有望迅速擴(kuò)大規(guī)模，并被國際化工的龍頭企業(yè)所采用的變革性技術(shù)。