化学与材料科学前沿重点、热点发展方向解读！_【UTPE论坛】

11月2日上午，中国科学院科技战略咨询研究院、中科院文献情报中心与科睿唯安公司在北京向全球发布了《2017研究前沿》报告和《2017研究前沿热度指数》报告。

那么今天，咱们来具体分析一下在化学与材料科学领域的重点热点前沿。

（相同颜色为同一领域）

从上图可以看到， 2017年的热点前沿主要分布在太阳能电池、有机合成、纳米技术、超级电容器、自由基聚合、上转换发光等领域。与2016年相比，今年Top10 热点前沿既有延续又有发展。

◆ 在太阳能电池领域，关于钙钛矿太阳能电池和聚合物太阳能电池的研究两年都入选。今年的钙钛矿太阳能电池则侧重空穴传输材料研究；

◆ 在有机化学、合成领域，碳氢键的活化反应也是两年都入选，不似去年的贵金属的催化转化，今年侧重非贵金属钴的催化转化，另外还突出了间位碳氢键的活化；

◆ 在纳米材料技术领域，与去年一样继续有具体的前沿研究入选，不过今年首次出现宏观的研究概念——纳米组装学；

◆ 在超级电容器领域，今年入选的是基于NiCo2S4 电极材料的超级电容器；

◆ 在自由基聚合领域，光引发的聚合反应今年成为热点前沿；

◆ 在上转换发光领域，“三重态- 三重态湮灭上转换”入选热点前沿。

重点热点方向解读

首先给大家普及一下热点前沿是什么选出来的。

热点前沿遴选

第一：先把ESI 数据库中21 个学科领域的9690 个研究前沿划分到10 个高度聚合的大学科领域中，然后对每个大学科领域中的研究前沿的核心论文，按照总被引频次进行排序，提取排在前10% 的最具引文影响力的研究前沿。

第二：以此数据为基础，再根据核心论文出版年的平均值重新排序，找出那些“最年轻”的研究前沿。

通过上述两个步骤在每个大学科领域分别选出10 个热点前沿，共计100 个热点前沿。因为每个学科领域具有不同的特点和引用行为，有些学科领域中的很多研究前沿在核心论文数和总被引频次上会相对较小，所以从10 个大学科领域中分别遴选出的排名前10 的热点前沿，代表各大学科领域中最具影响力的研究前沿，但并不一定代表跨数据库（所有学科）中最大最热的研究前沿。

从《2017年研究前沿》报告中可以看出，今年的重点热点前沿是“三价钴催化的碳氢键活化反应”与“纳米组装学”。

三价钴催化的碳氢键活化反应

传统的合成化学基于活性官能团的相互转化，通常需要繁琐的预官能团化步骤。而碳氢键的直接化学转化可以避免这一过程，大大提高反应的原子经济性和步骤经济性，因而受到广泛关注并取得蓬勃发展。

近十年来，过渡金属催化的碳氢键直接官能团化反应已成为重要的合成工具，特别是贵金属（铑、钌、铱、铂、金、银等）催化成果显著。然而，高昂的成本以及对环境可能造成的不利影响限制了贵金属催化的大规模应用。

因此，越来越多的研究人员将目光转向储量丰富、成本低廉的第一行过渡金属（锰、铁、钴、镍、铜等）。这点在《研究前沿》系列报告中也得以体现：在2013 年和2014年的报告中，“钌、铑催化的碳氢键活化反应”进入化学领域Top10 热点前沿，本年度则是“钴催化的碳氢键活化反应”入选。

钴催化的碳氢键活化反应可分为低价钴（Co Ⅱ）催化和高价钴（Co Ⅲ）催化两类。本研究前沿是高价钴催化的碳氢键活化反应。

2013 年，日本东京大学金井求（Motomu Kanai）教授和川岛茂裕（ShigehiroKawashima）博士报道了Cp*Co Ⅲ（Cp*= 五甲基环戊二烯）络合物催化的2- 苯基吡啶碳氢键活化直接加成到亚胺、烯酮上的反应。

此后，研究人员不断扩大Cp*Co Ⅲ催化剂的应用范围并研究其催化机理。与其替代对象Cp*Rh Ⅲ相比，Cp*Co Ⅲ不仅可用于前者催化的反应，而且由于反应活性差异，导致可能采取不同的反应路线从而生成不同的产物。

如上图所示，在本研究前沿中，德国、日本、美国、韩国以及中国等国家或地区发表了多篇核心论文。日本东京大学、德国哥廷根大学、明斯特大学、美国耶鲁大学、韩国基础科学研究院等研究机构在该领域做出了突出贡献。浙江大学、北京大学、中科院大连化物所等研究机构的工作也比较突出。

在施引论文方面（见下图），中国的论文数量最多，表现出对该热点前沿的积极跟进。印度表现抢眼，在施引论文数量方面与德国并驾齐驱。此外，美国、韩国、日本等国家或地区也继续保持研究热度。

在施引论文Top10 机构中，中国科学院、浙江大学、德国哥廷根大学、明斯特大学、韩国基础科学研究院、科学技术研究院、日本东京大学等表2 中的机构继续榜上有名，中国科学院发表的施引论文最多。

此外，中国南京大学、兰州大学、韩国成均馆大学、印度理工学院等研究机构也发表了多篇施引论文。

纳米组装

“纳米组装学”（nanoarchitectonics）这个概念最早由时任日本理化学研究所首席科学家的Masakazu Aono 教授（现在日本国立物质材料研究所工作）于2000 年在第一届纳米组装学国际研讨会上提出。

Masakazu Aono 教授认为，纳米技术不是微米技术在尺度上的简单延伸，两者存在重大不同但又容易混淆，因此有必要创造一个新的名词来反映研究范式上的变化。

作为材料科学和技术在纳米尺度的研究范式，纳米组装学是指将纳米尺度结构单元（原子、分子、功能组件）组装成所需纳米结构的技术体系，通过控制协调纳米结构内各种相互作用，使产生的结构具有新的功能。

从2003 年第一次出现在论文题目中到现在，纳米组装学已经扩散到多个领域并得到了广泛认可。从纳米结构组装、超分子自组装、杂化材料，到仿生酶、传感器、药物缓释等，纳米组装学在器件制造、能源和环境科学、生物和医学等领域得到广泛应用。

2016 年，Advanced Materials 杂志组织了一期纳米组装学专刊，邀请日本、中国、美国、德国、法国、荷兰等国研究人员综述纳米组装学的研究和应用进展。

由上图可以看出：

核心论文的Top 产出国家和地区中，日本贡献了16 篇核心论文，占该前沿所有核心论文的64%。中国、捷克、德国等国家或地区的研究人员对该前沿也做出了积极贡献。

在发展纳米组装学的过程中，日本国立物质材料研究所有贺克彦（Katsuhiko Ariga）教授做出了突出贡献，日本的16 篇核心论文全部来自其课题组及合作者，涉及层层自组装技术、Langmuir-Blodgett 膜技术等自组装技术、纳米结构组装、界面化学等多个方面。

在施引论文方面，如上图所示，来自中国、日本、印度、韩国、美国等国家或地区的研究人员发表了大量施引论文，其中中国的施引论文数量最多，其次是日本。

在施引论文Top10 机构中，日本国立物质材料研究所论文数量最多，中国科学院排在第 2 位。此外，日本早稻田大学、中国吉林大学、中国台湾大学等研究机构也发表了多篇施引论文。

来源：研究前沿报告