2022全球化学与材料、物理领域TOP10热点前沿（附下载）

　　

　　化学与材料科学领域Top 10热点前沿主要分布在催化、电池、 材料、新兴交叉等研究方向。

　　（1）催化方向有3项，“不对称催化合成轴手性化合物”连续第二次入选，“单原子催化”和“纳米酶”都是中国学者率先提出并做出重要贡献的前沿方向。

　　（2）电池方向有2项，分别是水系锌离子电池和锂硫电池。水系锌离子电池第二次入选，2020年正极材料入选，2022年负极材料。

　　（3）材料方向有3项，分别是“自供电可穿戴织物”、“具有圆偏振发光性质的热激活延迟荧光材料”、“多金属氧簇研究”。

　　（4）新兴交叉方向有2项，数据科学与化学的交叉第二次进入Top 10热点前沿，另一项是“机械化学”。

　　

　　

　　此外，在化学与材料科学领域共有3项研究入选新兴前沿，分别涉及能源材料、纳米生物医药材料和化学检测技术。

　　重点新兴前沿解读——“钙钛矿太阳能电池关键核心基础问题及其商业化实现技术”

　　钙钛矿太阳能电池（PSC）除了具有与硅基太阳能电池相近的转换效率外，还具有加工和制造过程简单，可以制备成薄膜形状，成本低，重量轻等优势，成为最有前途的薄膜光伏（PV）技术之一，有可能对成熟的硅太阳能电池市场产生冲击。效率提升、长期稳定性和实现商业化的大面积材料的大规模可扩展制备是PSC需要面对的重要挑战，该前沿也致力于探索这些挑战的解决方案。

　　针对PSC效率提升，该前沿包含的技术方案主要有：在钙钛矿层和导电层之间放置电子传输层及添加甲胺基溴化铅；从阴离子空位缺陷入手，利用阴离子工程概念抑 制存在于晶界和钙钛矿薄膜表面的阴离子空位缺陷等策略实现转换效率的提升。

　　针对提升PSC的长期稳定性研究，该前沿包含的技术方案主要有：通过整体界面稳定策略，对钙钛矿层和空穴传输层、电荷传输层和器件封装等相关层和界面进行修饰；通过将苄基肼盐酸盐添加到制备钙钛矿电池的前驱体溶液中；通过向甲脒-铯混合阳离子钙钛矿中添加过量的甲脒/铯和碘的等方式实现了钙钛矿微型模块的稳定性提升。

　　PSC的大面积可扩展制备是其实现商业化的关键，本前沿包含的技术方案主要有：通过甲脒铯钙钛矿前驱体溶液中添加二苯亚砜稳定前驱体膜；通过可扩展的，可正交加工的喷涂方法在表面区域以明确的组成梯度；采用狭缝涂布印刷工艺等策略实现大面积薄膜的高质量可扩展制备。

　　

　　物理领域位居前十位的热点前沿主要集中于凝聚态物理、高能物理和理论物理。

　　（1）凝聚态物理方面的热点前沿有5 个，笼目晶格金属、磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4、高效金属卤化物钙钛矿发光二极管成为了新出现的热点前沿，非厄米系统的拓扑态连续3 年入选热点前沿，高压下富氢化合物的高温超导电性连续2 年入选热点前沿。

　　（2）高能物理方面的热点前沿有3 个，μ 子反常磁矩的测量是新出现的热点前沿，味对称性与轻子质量的研究继续作为热点前沿，四夸克和五夸克态奇特强子继2017-2020 连续4 年入选之后、第5 次入选热点前沿。

　　（3）理论物理方面的热点前沿有2 个，分别聚焦量子场论中的散射振幅研究和绝对平行引力理论。

　　

　　重点热点前沿――“磁性拓扑绝缘体MnBi2Te4”

　　拓扑绝缘体是近年来发现的一种全新的物质形态，是一种内部绝缘、表面导电的材料。从2005 年的理论预测到2007 年二维拓扑绝缘体被实验验证，国际上开始掀起了拓扑物态和拓扑材料研究的热潮，并成为凝聚态物理领域重要和快速发展的热点前沿之一。

　　各种全新的拓扑物态相继被发现，如拓扑半金属、拓扑超导体、高阶拓扑绝缘体等。磁性和拓扑之间的相互作用可以在材料中产生各种奇异的拓扑物态，因此，磁性拓扑绝缘体的研究引起了广泛的兴趣。

　　2019 年，MnBi2Te4 被实验验证为本征磁性拓扑绝缘体，MnBi2Te4 体系快速成为研究的热点，并取得了一系列重要的进展，如高温量子反常霍尔效应、高陈数量子反常霍尔效应等。磁性拓扑绝缘体的研究正在蓬勃发展中，其成果将有助于促进应用于低能耗自旋电子学、拓扑量子计算等领域的下一代电子器件的开发。

　　

　　重点热点前沿――“高效金属卤化物钙钛矿发光二极管”

　　发光二极管（LED）是一种半导体光电子器件，具有能耗低、寿命长、体积小、可靠性高、显色丰富等优点，目前广泛应用于照明、显示、节能等领域。

　　随着人们对照明和显示设备的需求不断提高，新的发光材料和器件的研发受到广泛关注。近年来，金属卤化物钙钛矿材料因其优异的光电性能，成为新兴的发光材料，金属卤化物钙钛矿发光二极管也成为研究热点。

　　2014 年，剑桥大学等报道了首个室温下电致发光的金属卤化物钙钛矿发光二极管，引发金属卤化物钙钛矿发光二极管的研究热潮。外量子效率是衡量发光二极管光电转换效率的重要标准，经过多年的发展，近红外、红光和绿光金属卤化物钙钛矿发光二极管的外量子效率都已突破20%。然而，蓝光金属卤化物钙钛矿发光二极管的外量子效率还有待进一步的提升，因此，蓝光金属卤化物钙钛矿发光二极管近年来获得了深入的研究，其外量子效率正在不断提高。

　　

　　此外，物理学领域有2 项研究入选新兴前沿，即“二维MoSi2N4 材料的特性研究”和“黑洞信息佯谬与纠缠熵研究”。

　　重点新兴前沿——“二维MoSi2N4 材料的特性研究”

　　近年来，二维范德瓦尔斯材料因其独特的光学、电学、力学等性质，获得了广泛的研究，并多次

　　出现在热点前沿和新兴前沿中，如双层转角石墨烯、二维范德瓦尔斯磁性材料等。石墨烯、过渡金属硫化物、黑磷等二维范德瓦尔斯材料，都有各自的三维母体材料。因此，合成自然界中尚未出现母体材料的二维范德瓦尔斯材料，将拓展二维范德瓦尔斯材料的范围和应用。

　　2020 年，中国科学院金属研究所等制备出一种不存在已知母体材料的新型二维范德瓦尔斯材料MoSi2N4。这一成果为二维范德瓦尔斯材料家族增加了新成员，开辟了合成二维范德瓦尔斯材料的新方法，激发了科学家对MoSi2N4 家族的兴趣。在这个新兴前沿中，被引频次最高的论文就是中国科学院金属研究所等制备出MoSi2N4 的研究，被引频次为101 次。其他论文的研究内容主要聚焦在MoSi2N4 的特性研究，包括力学性能、导热性、压电性、光催化、磁性、超导性等。

　　信息来源：《2022研究前沿报告》，DT新材料整理

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