2020年化學領域十大新興技術，其中兩項由我國科學家引領

日前，國際純粹和應用化學聯合會（IUPAC）正式公布2020年度化學領域十大新興技術（Top Ten Emerging Technologies in Chemistry）評選結果，特別值得關注的是，本次評選結果中有兩項是由我國科學家們引領的新興方向。

2020年度化學領域十大新興技術是由IUPAC於2019年發起的全球性活動，希望能在全世界範圍內遴選出具有巨大潛力的創新技術，以此來改變當前的全球化學與工業界格局，推動實現聯合國可持續發展目標（SDG）。遴選出的新興技術被期待更好提升人類生活和社會質量，幫助我們更合理、更高效地利用和轉換資源，為新材料、電池、傳感器和醫學等諸多應用領域提供可持續發展的解決方案。

2020年化學領域十大新興技術

• 聚集誘導發光（Aggregation-induced emission）
• 人工智慧應用於化學（Artificial intelligence applied to chemistry）
• 雙離子電池（Dual-ion batteries）
• 高壓無機化學（High-pressure inorganic chemistry）
• 液體門控技術（Liquid gating technology）
• 更利於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）

特別值得關注的是，本次評選結果中有兩項是由我國科學家們引領的新興方向：華南理工大學/香港科技大學唐本忠教授等人提出的「聚集誘導發光」和廈門大學侯旭教授等人提出的「液體門控技術」。另外，湖南大學魯兵安教授團隊和韓旭教授團隊首個基於雙離子機制運行的軟包電池模型（「雙離子電池」技術領域），以及北京高壓科學研究中心對於高壓環境下的最新監測技術（「高壓無機化學」技術領域）受到了評審委員會的關注和報導。

新冠病毒疫情無疑在全球範圍內給人類社會帶來了深遠的影響。在這場全球新冠病毒的抗爭中，化學家們扮演著關鍵的角色，從肥皂、清水到測試、新藥物，化學將是戰勝這一威脅的重要武器。「快速診斷測試」、「核糖核酸疫苗」技術也入選到2020年「化學領域十大新興技術」。

【延伸閱讀】

聚集誘導發光

當今，有機發光材料已經在發光二極體和生物成像技術等方面得到了廣泛的應用。通常，這類材料含有大量的芳香基元，但其在高濃度下傾向於堆疊，從而導致螢光猝滅，這一效應被稱之為聚集導致發光猝滅。早在2001年，唐本忠教授團隊就觀察到了一個與之相反的現象：某些分子在稀溶液中發光微弱，但堆積後發光顯著增強，並稱之為聚集誘導發光（AIE）。儘管這一現象報導之初，並沒有引起足夠的關注，但目前已經成為一個熱點研究領域，AIE改變了人們對發光材料的傳統認識。分子的「形狀」是理解這一效應的關鍵。與傳統的發光分子不同，AIE分子呈現非平面的構型，它們就像微型螺旋槳一樣，不停地轉動。但當它們聚集時，旋轉大大抑制，從而能量以光的形式釋放出來。自從AIE概念提出以來，化學家們已經製備了數類具有這種效應的化合物，其中包括經典的多環芳烴化合物和有機金屬複合物，以及聚合物、寡糖和納米粒子等。AIE為發光材料的發展開闢了新的道路，AIE材料已經在有機發光二極體、傳感器和新型生物成像技術等方面得到了應用。實踐證明AIE材料在光電器件、螢光傳感器、生物成像等領域都有著巨大的應用潛力。聚集誘導發光是中國原創的、耕植於祖國大地的新興技術。據不完全統計，截至2020年5月31日，全世界共有145個國家約12000家單位從事該技術的相關研究工作。作為聚集誘導發光研究的全球引領者，唐本忠院士立足於當今時代浪潮，致力於將聚集誘導發光的基礎研究進行產業轉化。

液體門控技術

使用液體作為結構材料來建造響應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，並在最近的幾年，逐漸將該原創概念發展成形，讓這個想法成功地走進了現實。通常來說，傳統液體膜體系的作用機理在於兩相界面上濃度或電位的化學勢差異，而液體門控膜的作用機理則依賴於毛細管作用對壓力變化所產生的響應。通過液體的動態重構與可逆恢復，液體門控體系可以實現孔道的開關功能以及可調的壓強控制性能；通過對膜孔道的修飾和門控液體的選擇，可實現門控體系對所傳輸物質的物理或者化學響應。結合以上兩種特性，液體門控技術就可以對所通過的物質包括氣體，液體以及多相混合液體進行動態分離，並且它具有優異的抗汙染和節能等性能，有望大幅延長膜材料的使用壽命，提高傳統膜系統的普適性，這對膜科學與技術、微流控等多個交叉學科的發展帶來了具有裡程碑式的意義。因此，專家們認為這項新興技術將在大規模過濾和分離過程中起到非常重要的作用。同時，液體門控技術被認為可以加速實現「聯合國的可持續發展目標6」的計劃，該計劃旨在確保人人都能獲得清潔用水和衛生設施；並且，液體門控技術不需要消耗電能，可以節約傳統技術所需要的巨大能量消耗。侯旭教授課題組引領的液體門控技術的研究在許多其它的領域也得到了廣泛的應用，比如化學傳感檢查，生物3D列印和微流控晶片等。儘管液體門控技術是一項新興技術，但已經被認為是有望迅速擴大規模，並被國際化工的龍頭企業所採用的變革性技術。

2019年化學領域十大新興技術

• 納米農藥（Nanopesticides）
• 對映選擇性有機催化（Enantio-Selective Organocatalysis）
• 固態電池（Solid-State Batteries）、
• 流動化學（Flow Chemistry）
• 反應擠出（Reactive Extrusion）
• 金屬有機框架（Metal Organic Frameworks,MFOs）
• 選擇性酶的定向進化（Directed Evolution of Selective Enzymes）
• 從塑料到單體（Turning Plastics to Monomers）
• 自由基聚合的可逆失活（Reversible Deactivation of Radical Polymerization）
• 生物3D列印（3D-Bioprinting）

來源：中國化學會、IUPAC