中国化学会：2022年度IUPAC化学领域十大新兴技术（20页）.pdf

1、2022 年度年度 IUPAC 化学化学领域领域十大新兴技术十大新兴技术 探索探索将改变将改变能源能源、健康和材料科学健康和材料科学领域的创新领域的创新，以应对最，以应对最紧迫的社会挑战并促进可持续发展紧迫的社会挑战并促进可持续发展 作者：作者：Fernando Gomolln-Bel 2019 年，IUPAC 发起了“化学领域十大新兴技术倡议”。1这一项目如今得到了全世界专家的巩固和认可，突出了化学科学在向绿色经济和更可持续的世界过渡中的价值，符合联合国的可持续发展目标（SDG）2。此外，在 2022年，我们加入了可持续发展国际基础科学年（IYBSSD）的庆祝活动，这是一项联合国（UN）决议

2、，旨在重申并强调基础科学（其中包括化学）对到 2030 年实现雄心勃勃的可持续发展目标的重要性。根据联合国的报道，基础科学将帮助我们实现可持续发展，提高生活质量。事实上，正是这份联合国文件强调了新兴技术的重要性，因为它们“满足了人类的需要增进了个人、社区和社会的健康和福祉”3。去年，世界以前所未有的方式面对气候危机的后果致命的热浪在春天袭击了印度和巴基斯坦，而欧洲在有记录以来最热的夏天也面临着类似的挑战。此外，我们仍在承受 COVID-19 大流行和新的传染性变种，以及乌克兰战争的后果，其中包括油价飙升。因此，今年的技术深入研究了创新的医疗解决方案和高效能源。IUPAC 召集的专家小组审查了来

3、自世界各地化学家的一系列建议，并选出了最有潜力的建议。和往常一样，这些新兴技术徘徊在实验努力和商业现实之间，但它们都有望改变我们的世界。钠离子电池钠离子电池 来源广泛且价格低廉的锂来源广泛且价格低廉的锂离子电池离子电池替代品替代品 人们需要性能更好、价格更便宜的电池，没有基于这些电池体系组成的低成本储能系统，太阳能和风能等可再生能源将永远不会成为主流。因此，IUPAC 在前几期的评选中确定了在生活中普遍存在的、已获得诺贝尔奖的锂离子电池技术。有意思的是，锂离子电池的概念是在第三次石油危机期间（1990 年）被提出的。今年，IUPAC 的专家们想要强调另一种碱金属元素钠的潜力。它有几个优点，首先

4、，它是一种资源更丰富的元素，减少了我们对相对低储量的锂资源的依赖。此外，钠离子电池正极不依赖钴元素。钴通常被认为是冲突矿产，其采矿活动主要在高风险的刚果地区4。相反，钠离子电池的正极包含铁和锰元素，这两种金属元素在地壳中储量丰富。尽管与锂离子电池相比，钠离子电池在循环寿命和能量密度方面仍然存在缺陷，但其在可持续性和循环经济方面提供了机遇，因为钠离子电池的材料和组件容易拆卸、修理和回收5。此外，从经济性角度分析，钠离子电池具有极大的优势，特别是在钴和锂等矿物稀缺的情况下。钠离子电池正负极均采用铝作为集流体，与锂离子电池中负极的铜集流体相比，其更便宜、更轻、更耐腐蚀。铝的使用也避免了锂离子电池中因

5、过度放电而产生的氧化反应，并最终导致热失控和易燃的问题。总的来说，钠离子电池更安全，因此降低了运输和储存的成本和危险6。我们可以利用计算化学更高效地设计钠离子电池。随着成本效益高的量子化学模型的发展以及机器学习和超级计算机的激增，推动了新材料的发现。在电池领域，这些计算方法帮助设计了电极和电解质的新材料，并有助于更好地理解材料的行为和预测性能。研究人员预计这些技术将加速钠离子电池的商业化应用7。目前，钠离子电池已经引起了工业界的强烈兴趣。全球最大的锂离子电池制造商中国宁德时代公司最近发布了它们的第一代基于钠载流子的商用电池，旨在提供锂/钠离子电池混合使用的解决方案，为电动汽车行业带来革命。其它

6、公司，如 HiNa Battery 和 Faration，已经吸引了投资并开发了可工作的原型和产品，而总部位于美国的 Natron Energy和Altris将在2023年建立大规模的制造工厂。毫无疑问，钠离子电池已成为高效能源储存的另一种选择，是化学家们解决气候危机的另一工具。纳米酶纳米酶 自然和人工催化力量自然和人工催化力量的结合的结合 纳米技术是开发 COVID-19 疫苗的关键。纳米技术在医疗保健和生物医药领域应用的可能性已显而易见，它和其它的许多技术一样都吸引了研究人员和 IUPAC 专家的注意。这其中就包括纳米酶，纳米酶是一种具备了天然酶属性及其一些额外特性的纳米材料。由于纳米酶是