姚建年：化學(xué)的貢獻(xiàn)將得到更加極致的體現(xiàn)

發(fā)布時(shí)間：2009年10月25日

姚建年

（中國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)副主任、中國(guó)化學(xué)會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)）

　　化學(xué)是一門(mén)在分子和原子水平上研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、變化、制備及其應(yīng)用，以及物質(zhì)間相互作用關(guān)系的科學(xué)。作為一門(mén)極其重要的基礎(chǔ)學(xué)科，化學(xué)與人類(lèi)的衣食住行以及能源、信息、材料、國(guó)防、環(huán)境、醫(yī)藥等方面都有密切聯(lián)系，在社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人類(lèi)生活質(zhì)量的不斷改善和提高中，都起著不可或缺的重要作用。舉例來(lái)說(shuō)，在“神七”飛天中，除了火箭推進(jìn)劑材料、飛船的耐燒蝕蜂窩材料、密封膠粘劑等一大批結(jié)構(gòu)材料外，航天員的艙外服和在艙外活動(dòng)中取回的由我國(guó)自行研制的固體潤(rùn)滑劑樣品等；又如奧運(yùn)場(chǎng)館水立方的充氣外墻等新型建筑材料、游泳運(yùn)動(dòng)員穿的新一代鯊魚(yú)皮泳衣等新型運(yùn)動(dòng)服裝材料等，都飽含著化學(xué)工作者的重大貢獻(xiàn)。過(guò)去和現(xiàn)在，化學(xué)一直是各國(guó)特別是發(fā)達(dá)國(guó)家科學(xué)研究中最受重視也是產(chǎn)生影響最大的學(xué)科領(lǐng)域之一。在特別強(qiáng)調(diào)堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的今天，對(duì)于實(shí)現(xiàn)低能耗、低排放、資源再生、循環(huán)和綜合利用、開(kāi)發(fā)新型能源和綠色制品等一系列目標(biāo)來(lái)說(shuō)，化學(xué)的貢獻(xiàn)都將得到更加極致的體現(xiàn)。

我國(guó)化學(xué)學(xué)科取得的進(jìn)展

（一）概述

　　在堅(jiān)決貫徹科學(xué)發(fā)展觀、落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020》的過(guò)程中，我國(guó)的化學(xué)學(xué)科取得了豐碩成果，基礎(chǔ)研究更扎實(shí)、深入，更注重可持續(xù)發(fā)展，原創(chuàng)性成果不斷涌現(xiàn)，學(xué)術(shù)交流更廣泛，學(xué)術(shù)論文的數(shù)量和質(zhì)量明顯提升。

　　一是一批與化學(xué)相關(guān)的科研成果和化學(xué)科研工作者獲得獎(jiǎng)勵(lì)。閔恩澤院士因其在石油煉制催化領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)獲2007年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)；徐光憲院士因其在化學(xué)和稀土領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)獲2008年國(guó)家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。

　　二是學(xué)術(shù)交流更加廣泛、深入。在中國(guó)化學(xué)會(huì)和相關(guān)方面的組織和推動(dòng)下，一年來(lái)共舉辦了50余次全國(guó)性學(xué)術(shù)會(huì)議，尤其是2008年中國(guó)化學(xué)會(huì)組織的學(xué)術(shù)年會(huì)（由南開(kāi)大學(xué)承辦），會(huì)議內(nèi)容覆蓋了當(dāng)今化學(xué)科學(xué)的幾乎所有分支與熱點(diǎn)，并引起國(guó)際化學(xué)界的巨大興趣與關(guān)注，諸多國(guó)際知名化學(xué)家在年會(huì)上作學(xué)術(shù)報(bào)告，美、英、德、日等國(guó)的化學(xué)會(huì)也都派學(xué)會(huì)領(lǐng)導(dǎo)或代表與會(huì)。這些學(xué)術(shù)會(huì)議的舉辦有力地推動(dòng)了我國(guó)化學(xué)工作者的國(guó)內(nèi)、國(guó)際交流。

　　三是學(xué)術(shù)論文數(shù)量明顯增加、質(zhì)量不斷提高。內(nèi)地科學(xué)家發(fā)表的化學(xué)方面的論文總數(shù)目前僅次于美國(guó)，居世界第二；同時(shí)論文的質(zhì)量有了明顯提高，在高影響因子的國(guó)際期刊上發(fā)表的論文數(shù)量和論文的總被引頻次都大幅增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的幅度與速度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)論文數(shù)量的增幅。但是，篇均引頻次還比較低，表明屬于原創(chuàng)性的和國(guó)際前沿的熱點(diǎn)領(lǐng)域的論文還不多，需要從跟蹤、積累和擴(kuò)展研究向源頭創(chuàng)新推進(jìn)、提升。

（二）近兩年來(lái)我國(guó)化學(xué)學(xué)科取得的主要進(jìn)展

　　1.一些新興與交叉學(xué)科，如納米科學(xué)，與生命現(xiàn)象相關(guān)的化學(xué)研究以及軟物質(zhì)科學(xué)等快速發(fā)展。

　　在納米科學(xué)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了碳納米管及其陣列的可控制備，發(fā)展了部分應(yīng)用。證明了爭(zhēng)議已久的氧化石墨烯的化學(xué)結(jié)構(gòu)，制備了基于石墨烯的體相異質(zhì)結(jié)有機(jī)光伏電池和超分子導(dǎo)電膜。

　　發(fā)展了多種新方法，實(shí)現(xiàn)了單分散的有機(jī)小分子單晶納米結(jié)構(gòu)及特定形貌和三維自組裝超結(jié)構(gòu)的可控制備，并在大面積有序生長(zhǎng)納米尺度功能有機(jī)材料方面取得進(jìn)展。得到了羧基功能化的氮化硼(BN)納米管，發(fā)展出了一種對(duì)BN納米管進(jìn)行碳摻雜的新方法。制備出具有周期性孿晶結(jié)構(gòu)的SiC納米線，具有特殊的光發(fā)射特征和化學(xué)穩(wěn)定性。提出了一種堿腐蝕機(jī)制，適用于過(guò)渡金屬氧化物空心球結(jié)構(gòu)的制備，制備出氧化物空心籠狀納米結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)了有機(jī)/無(wú)機(jī)半導(dǎo)體p-n結(jié)納米線的可控構(gòu)筑，制備了帶隙寬度組分可調(diào)的ZnSxSe1-x合金納米線。制備出有序介孔碳單晶材料顆粒、有序介孔C/SiO2復(fù)合陶瓷材料和特殊的雙模介孔材料。制備出納米尺度的一維鏈狀Cu@PVA導(dǎo)線結(jié)構(gòu)、具有光控二極管效應(yīng)的聚吡咯-CdS異質(zhì)結(jié)納米線和具有雙功能的Ni/Ni3C核—殼結(jié)構(gòu)納米鏈。實(shí)現(xiàn)了浸潤(rùn)性光、熱和電可控的固體表面的制備。研制成功了納米光子學(xué)超精細(xì)加工系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)納米尺度的加工分辨率。

　　在與生命現(xiàn)象相關(guān)的化學(xué)研究中，生物合成基因簇中部分基因功能的研究及金屬離子對(duì)某些重要生命過(guò)程的調(diào)控作用方面是研究的重點(diǎn)，同時(shí)在生命過(guò)程機(jī)制及其應(yīng)用和相關(guān)的研究方法上也取得了較大進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)了ATP的生物合成，并借助中空蛋白膠囊內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)外緣物質(zhì)的胞內(nèi)輸送。發(fā)展了分子和超分子聚合物有序結(jié)構(gòu)的近程和遠(yuǎn)程控制原理及功能化，合成了一系列含有偶數(shù)喹啉酰胺結(jié)構(gòu)單元的具有螺旋結(jié)構(gòu)的喹啉酰胺寡聚物，自組裝成為單、雙螺旋和四螺旋超分子體系。模擬了具有重要生理作用和臨床研究意義的煙堿乙酰膽堿受體在細(xì)胞膜中的動(dòng)力學(xué)行為，發(fā)展出一套描述金屬離子與蛋白質(zhì)相互作用的理論模型。發(fā)展出一種基于生物靶分子特異性識(shí)別和核磁共振梯度場(chǎng)擴(kuò)散序譜技術(shù)的方法，使天然植物中抗腫瘤活性成分快速篩選和結(jié)構(gòu)鑒定成為可能。建立了人類(lèi)口服生物利用度數(shù)據(jù)庫(kù)和人類(lèi)腸吸收數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)發(fā)了基于活性化合物三維結(jié)構(gòu)尋找潛在結(jié)合靶標(biāo)的反向分子對(duì)接方法和基于互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用平臺(tái)。

　　在軟物質(zhì)研究領(lǐng)域，超分子自組裝及相關(guān)的組裝規(guī)律、組裝結(jié)構(gòu)、組裝調(diào)控和組裝驅(qū)動(dòng)力等，主客體分子識(shí)別、手性超分子以及功能膠體軟物質(zhì)分子聚集體方面的研究取得了一系列進(jìn)展。

2.新理論、新技術(shù)、新裝備和新方法上不斷探索前進(jìn)。

　　提出了諸多新的理論和計(jì)算方法，例如含轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)的無(wú)輻射躍遷理論、軌道分解法等。開(kāi)發(fā)了多項(xiàng)新實(shí)驗(yàn)技術(shù)，并研制成功一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新儀器設(shè)備，如交叉分子束—離子速度成像儀、精密自動(dòng)絕熱量熱裝置等。在新方法的探索上也取得了一些具有較好原創(chuàng)性的成果，如提出了在熔鹽中電解固態(tài)氧化物直接電化學(xué)還原制備重稀土金屬的新方法，以及雙氧水直接氧化丙烯制環(huán)氧丙烷新技術(shù)等。在色譜研究的新方法、新技術(shù)和新系統(tǒng)上，在多維色譜儀器、新型色譜填料和色譜柱、樣品前處理方法等方面得到了迅猛發(fā)展。開(kāi)發(fā)了包括攪拌棒吸附萃取技術(shù)在內(nèi)的微型化處理技術(shù)、親和色譜在內(nèi)的選擇性預(yù)處理技術(shù)、在線聯(lián)用的柱上堆積富集技術(shù)等。針對(duì)復(fù)雜樣品的分離分析，構(gòu)建了全二維氣相色譜、多維液相色譜、多維毛細(xì)管電泳等多維分離系統(tǒng)，有效提高了樣品的分辨率。

3．新材料和元器件上有所突破。

　　在新能源的開(kāi)發(fā)上，太陽(yáng)能電池、鋰離子電池、燃料電池、超級(jí)電容器、全釩液流儲(chǔ)能電池等受到關(guān)注。開(kāi)發(fā)出了一系列性能優(yōu)異的染料敏化太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)化效率最高達(dá)9％；提出了一種基于薄液層氧化還原對(duì)的新型超級(jí)電容器；成功研制出國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的第一代100kW級(jí)全釩液流儲(chǔ)能電池系統(tǒng)。

　有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)管（OFET）方面，制備了并五苯OFET，實(shí)現(xiàn)了在單個(gè)器件中起始柵極電壓對(duì)器件閾值電壓的調(diào)控，首次用低聚TTF化合物為活性層制備OFET器件，使微納晶場(chǎng)效應(yīng)管遷移率顯著提高。有機(jī)發(fā)光材料及器件（OLED）方面，高分子發(fā)光材料體系、界面修飾材料體系和新型發(fā)光器件等取得了一系列研究成果。獲得了目前發(fā)光效率最高的白光高分子單層器件；制備了可發(fā)紅、橙、黃、綠四色光的QD-LED器件。

　　在生物醫(yī)用高分子及生物傳感方面，合成得到了高載藥量聚乳酸—蛋白質(zhì)復(fù)合物和用于骨修復(fù)的納米粒子增強(qiáng)脂肪族聚酯復(fù)合材料等；構(gòu)建了陽(yáng)離子聚芴/DNA等陽(yáng)離子聚合物/生物分子自組裝體系，實(shí)現(xiàn)了DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶的高靈敏度檢測(cè)和葡萄糖磷酸化及單鏈DNA水解的無(wú)標(biāo)記、肉眼可視的傳感檢測(cè)。

　　此外，還設(shè)計(jì)了一系列新型給體—受體分子，實(shí)現(xiàn)了分子熒光開(kāi)關(guān)、分子邏輯器件和分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移可逆調(diào)控。制備出表面光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)及浸潤(rùn)性可多重調(diào)控的聚合物光子晶體。

4．環(huán)境和綠色研究日益受到重視。

　　環(huán)境化學(xué)方面，新型化學(xué)污染物的環(huán)境問(wèn)題、常見(jiàn)污染物的環(huán)境問(wèn)題、污染物環(huán)境界面化學(xué)、復(fù)合污染、污染物毒性檢測(cè)等成為研究重點(diǎn)，初步建立了各種水源中多種常見(jiàn)全氟化合物的液相色譜—串聯(lián)質(zhì)譜分析方法；綠色化學(xué)方面，重點(diǎn)放在了超臨界流體、離子液體的應(yīng)用上，開(kāi)發(fā)出一種以離子液體為極性微環(huán)境的超臨界CO2微乳液，其膠束結(jié)構(gòu)和性質(zhì)可通過(guò)CO2及離子液體的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得該類(lèi)微乳液在實(shí)際應(yīng)用中具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。

5. 傳統(tǒng)學(xué)科知識(shí)不斷積淀深化并產(chǎn)生新的研究熱點(diǎn)。

　　在物理化學(xué)研究方面，催化機(jī)理研究不斷深入，新的催化反應(yīng)與催化劑不斷產(chǎn)生。在電化學(xué)方法、生物電化學(xué)、有機(jī)電化學(xué)上不斷創(chuàng)新，提出了研究不穩(wěn)定體系電催化的流體動(dòng)力學(xué)理論方法，制備出復(fù)合雙極膜用于電有機(jī)合成反應(yīng)。在無(wú)機(jī)化學(xué)研究方面，基于過(guò)渡金屬配合物的分子磁體、分子固體及其相關(guān)的研究成為新的研究熱點(diǎn)。在有機(jī)化學(xué)研究方面，有機(jī)反應(yīng)依然是最為活躍的研究領(lǐng)域。在天然產(chǎn)物的合成上，則實(shí)現(xiàn)了一些環(huán)肽、三萜類(lèi)糖苷、生物堿等的首次全合成，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了多種新的天然產(chǎn)物。在高分子研究方面，聚合反應(yīng)機(jī)理和新的聚合方法和聚合物合成取得了一系列進(jìn)展，觀察到線團(tuán)—緊密小球轉(zhuǎn)變的兩級(jí)動(dòng)力學(xué)，建立了描述分散相形變、破裂、凝聚等的流變學(xué)本構(gòu)模型。此外，在導(dǎo)電高分子和生物高分子的研究上，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電聚苯胺納米材料的可控制備，并首次制備了含DNA的非交聯(lián)、穩(wěn)定多孔聚電解質(zhì)復(fù)合物膜。在化學(xué)信息學(xué)研究方面，化學(xué)計(jì)量學(xué)方法與應(yīng)用研究處于國(guó)際前沿，發(fā)展了多種新的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法，如交替移動(dòng)窗口因子分析等，可方便地對(duì)不同樣本的共有化合物進(jìn)行比較分析。

6.面向國(guó)家、社會(huì)重大需求和面向應(yīng)用取得一系列成果。

　　例如，我國(guó)自行研制的航天飛行器用固體潤(rùn)滑材料已在神舟七號(hào)飛船上得到實(shí)際應(yīng)用。此外還包括具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的世界第二條年產(chǎn)5000噸綠色可降解環(huán)保型聚乳酸樹(shù)脂的工業(yè)示范線，催化裂化干氣制乙苯氣相烴化和液相反烴化優(yōu)化組合的第三代技術(shù)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的甲醇制烯烴技術(shù)，可用于同位素生產(chǎn)堆的氫氧復(fù)合整體催化劑及復(fù)合器，用于丁基橡膠的生產(chǎn)裝置中的可控正離子聚合新工藝技術(shù)，具有我國(guó)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)國(guó)內(nèi)第一條彩色等離子顯示屏PDP用熒光粉生產(chǎn)線，用于危險(xiǎn)廢物處理的貴金屬—稀土金屬雙組分濕式催化氧化工業(yè)示范裝置，合成第三代強(qiáng)效解熱鎮(zhèn)痛藥雙氯芬酸類(lèi)藥物的國(guó)際領(lǐng)先的新技術(shù)，還有化學(xué)信息管理系統(tǒng)CISOC-ChIMS的建立，等等。上述成果或者自主創(chuàng)新開(kāi)發(fā)，或者深入生產(chǎn)生活實(shí)際，解決實(shí)際問(wèn)題，都是科研轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的展示，產(chǎn)生了重大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

展望

　　當(dāng)前，化學(xué)已經(jīng)從傳統(tǒng)意義上的實(shí)驗(yàn)科學(xué)向更深入的分子、原子水平探索和理論研究發(fā)展，由此誕生了一大批新的分支領(lǐng)域，尤其是在與材料科學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)等許多傳統(tǒng)學(xué)科領(lǐng)域的交叉、融合中，自身得到了飛快發(fā)展，而一些傳統(tǒng)領(lǐng)域也產(chǎn)生了新的生長(zhǎng)點(diǎn)。作為一門(mén)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域密不可分的基礎(chǔ)科學(xué)，以及承上啟下、滲透于各種新興、交叉學(xué)科的中心科學(xué)，從總體來(lái)說(shuō)，化學(xué)的未來(lái)發(fā)展，應(yīng)該特別注重加強(qiáng)在資源的有效合理開(kāi)發(fā)、無(wú)害化使用、再生和循環(huán)利用，以為經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供物質(zhì)保障和在為改善人類(lèi)的生活環(huán)境、提高生活質(zhì)量提供更加綠色、更為質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的衣食住行條件，以及在加強(qiáng)科學(xué)積淀以促進(jìn)學(xué)科自身發(fā)展等方面的研究。

　　為此，可以預(yù)見(jiàn)，在未來(lái)的相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)，納米科技及其向各化學(xué)學(xué)科的滲透（例如納米材料功能化和功能材料納米化）、新型功能材料的制備與組裝及相關(guān)器件的研發(fā)、材料工程與可控構(gòu)筑、新型高效綠色催化劑的開(kāi)發(fā)及其在反應(yīng)與工業(yè)中的應(yīng)用、新反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及其機(jī)制的研究、與生物體和生命現(xiàn)象相關(guān)的化學(xué)和仿生學(xué)、納米以至分子水平的探測(cè)與分析表征的新方法和新技術(shù)手段、綠色與原子經(jīng)濟(jì)化學(xué)、新能源材料的開(kāi)發(fā)及相關(guān)研究、理論化學(xué)與方法從原子—分子體系向多體的宏觀體系發(fā)展以及從解釋現(xiàn)象向設(shè)計(jì)發(fā)展等，都還必將是化學(xué)學(xué)科的熱點(diǎn)方向。

　　強(qiáng)化基礎(chǔ)研究將始終是發(fā)展化學(xué)科學(xué)之根本，新進(jìn)展與成果、新理論與觀點(diǎn)、新材料與性能、新方法與工藝、新技術(shù)與裝備將是推動(dòng)化學(xué)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力，而服務(wù)于社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展則是化學(xué)工作者須臾不可忘的歷史使命。