2019年，是中國化學(xué)研究的“豐收”年，也是“轉型”年。與其他學(xué)科相比，中國化學(xué)研究已邁進(jìn)世界“第一梯隊”，也在諸多領(lǐng)域實(shí)現“領(lǐng)跑”。在化學(xué)學(xué)科轉型的當下，中國化學(xué)研究者在化學(xué)與物理學(xué)科交叉、化學(xué)各個(gè)二級學(xué)科之間的交叉方面取得優(yōu)異成績(jì)，為重塑化學(xué)學(xué)科的內生動(dòng)力探索了新的道路。 

12月18日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員王健君等課題組在《自然》上發(fā)表論文引發(fā)科技界關(guān)注。這是今年中國化學(xué)研究者在《細胞》《自然》《科學(xué)》（CNS）頂級期刊發(fā)表的第12篇論文。這一數字保持了近3年以來(lái)的一貫水平。 

近年來(lái)，化學(xué)這門(mén)古老的學(xué)科正在受到“工具化”的沖擊?；瘜W(xué)未來(lái)如何發(fā)展，成為全世界化學(xué)家關(guān)心的重大命題。 

“2019年，中國化學(xué)家以重組后的‘合成化學(xué)’等領(lǐng)域為中心開(kāi)展的工作漸入佳境，為重塑化學(xué)學(xué)科提供了內生動(dòng)力?！眹易匀豢茖W(xué)基金委員會(huì )（以下簡(jiǎn)稱(chēng)自然科學(xué)基金委）化學(xué)部常務(wù)副主任陳擁軍告訴《中國科學(xué)報》。 

轉型中的化學(xué)學(xué)科 

歷經(jīng)百年，化學(xué)學(xué)科建立了完備的學(xué)科體系，發(fā)展出無(wú)機、有機、物化、分析、高分子等多個(gè)二級學(xué)科。但是，近幾年來(lái)，化學(xué)家們越來(lái)越感覺(jué)到，作為一門(mén)科學(xué)的化學(xué)正面臨嚴峻挑戰。

陳擁軍指出：“化學(xué)逐漸呈現出被工具化的傾向，其發(fā)展越來(lái)越依靠其他學(xué)科的需求牽引，內在發(fā)展缺乏動(dòng)力?！苯衲?月，中國科學(xué)院院士朱道本在接受《中國科學(xué)報》采訪(fǎng)時(shí)也提到：“好的應用固然重要，但我們仍然應當堅持化學(xué)是一門(mén)科學(xué)?！?nbsp;

毫無(wú)疑問(wèn)，化學(xué)學(xué)科走到了轉型的十字路口。2016年，以“轉型中的中國化學(xué)”為主題的第30屆中國化學(xué)年會(huì )召開(kāi)。會(huì )上，中國化學(xué)家聚焦“發(fā)揮中心科學(xué)作用”“推動(dòng)交叉融合”等話(huà)題，謀劃化學(xué)學(xué)科轉型的未來(lái)。 

2017年底，自然科學(xué)基金委化學(xué)部重組了學(xué)科資助代碼體系；2018年起，資助方向變化為8個(gè)新領(lǐng)域，包括合成化學(xué)、催化與表界面化學(xué)、化學(xué)理論與機制、化學(xué)測量學(xué)、材料與能源化學(xué)、環(huán)境化學(xué)科學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、化學(xué)工程與工業(yè)化學(xué)等。 

作為資助基礎研究的主渠道，自然科學(xué)基金委的舉動(dòng)往往具有牽一發(fā)而動(dòng)全身的效果。對中國化學(xué)界而言，學(xué)科資助代碼體系的調整如同引發(fā)蝴蝶效應的翅膀已經(jīng)扇動(dòng)。 

漸入佳境的“合成化學(xué)”

在新的8個(gè)資助方向中，“合成化學(xué)”取代了無(wú)機化學(xué)、有機化學(xué)、高分子化學(xué)等3個(gè)傳統的二級學(xué)科?！澳康氖枪膭罨瘜W(xué)工作者跨越學(xué)科邊界，打破常規，相互促進(jìn)，彼此借鑒?！标悡碥姳硎?。

2019年，一批突出的研究成果表明，“合成化學(xué)”已漸入佳境—— 

10月17日，浙江大學(xué)化學(xué)系教授唐?？祱F隊在《自然》上發(fā)表的一項成果，跨越了無(wú)機化學(xué)與高分子化學(xué)的界限。研究人員通過(guò)借鑒高分子聚合的概念指導無(wú)機材料制備，提出了無(wú)機離子聚合反應的新概念，利用無(wú)機離子寡聚體的聚合與交聯(lián)實(shí)現復雜形貌材料的連續結構制備，為材料制備提供了一條新途徑。 

另一項代表性成果來(lái)自南昌大學(xué)和東南大學(xué)教授熊仁根團隊。他們利用相似相容原理，構筑了新的分子鈣鈦礦固溶體，其壓電系數超越了無(wú)機陶瓷固溶體鋯鈦酸鉛。這項成果反映了無(wú)機合成與有機化學(xué)的融合。相關(guān)研究成果于2019年3月15日在《科學(xué)》上發(fā)表。 

中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所有機氟化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室研究員董佳家課題組則致力于有機合成與藥物發(fā)現以及化學(xué)生物學(xué)的融合。他們在尋找新反應的過(guò)程中，意外發(fā)現一種安全、高效合成、罕見(jiàn)的硫氟類(lèi)無(wú)機化合物“氟磺?；B氮”的方法。他們同時(shí)發(fā)現該化合物對于一級胺類(lèi)化合物有極高的重氮轉移反應活性和選擇性。這項成果于2019年10月2日在《自然》上發(fā)表，并在不久前被該雜志評為今年十大科學(xué)進(jìn)展。 

在研究者看來(lái)，這些標志性成果展現出“合成化學(xué)”作為融合的科學(xué)領(lǐng)域對重塑化學(xué)內生動(dòng)力的重要意義?！拔磥?lái)，以‘合成化學(xué)’等學(xué)科領(lǐng)域為抓手的學(xué)科交叉融合將是化學(xué)學(xué)科的發(fā)展趨勢?！标悡碥姀娬{。 

為轉型中的化學(xué)學(xué)科擺脫工具化傾向、重塑其內生動(dòng)力，除了合成化學(xué)外，另一個(gè)著(zhù)力點(diǎn)在分析化學(xué)的改革。在自然科學(xué)基金委的學(xué)科代碼調整中，分析化學(xué)和譜學(xué)一起“轉型升級”為化學(xué)測量學(xué)。 

中國化學(xué)家們看到，如果說(shuō)化學(xué)越來(lái)越具有工具性，那么分析化學(xué)長(cháng)期以來(lái)在化學(xué)學(xué)科中又是工具的工具?！靶鹿ぞ呒葱驴茖W(xué)”這一理念已深入化學(xué)家心中。他們相信，發(fā)展新的科學(xué)工具本身可以成為目的，而不僅是開(kāi)展其他研究工作的手段。

“新的化學(xué)測量方法的發(fā)展對于推動(dòng)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展很重要。針對更復雜的體系、更微量的樣品以及化學(xué)動(dòng)態(tài)過(guò)程，我們需要發(fā)展更精準、更靈敏、更快速的測量方法和儀器，這樣才能更好地推動(dòng)我國化學(xué)學(xué)科的內生發(fā)展?！敝袊茖W(xué)院院士、自然科學(xué)基金委化學(xué)部主任楊學(xué)明指出。 

他看到，過(guò)去一年里，我國在化學(xué)測量學(xué)方面取得了長(cháng)足進(jìn)展，新的科學(xué)儀器和測量方法不斷涌現，也為我國化學(xué)研究領(lǐng)域培養了一支優(yōu)秀的儀器研發(fā)隊伍。

此外，融合傳統無(wú)機化學(xué)、有機化學(xué)和高分子化學(xué)等相關(guān)材料、能源、化學(xué)內容而新設立的“材料化學(xué)與能源化學(xué)”領(lǐng)域，則拓展了化學(xué)科學(xué)作為創(chuàng )造新物質(zhì)的中心科學(xué)，在面向重大科學(xué)前沿和國家重大需求方面發(fā)揮重要支撐作用。 

高度交叉的分子科學(xué) 

2019年，以分子科學(xué)為基礎和核心重塑化學(xué)的內生動(dòng)力，成為中國化學(xué)家開(kāi)辟的一條新路徑。 

朱道本告訴《中國科學(xué)報》，分子科學(xué)主要研究物質(zhì)的組成與結構、反應與機制、性質(zhì)與功能?！拔覀儜斍宄卣J識到，分子科學(xué)是與材料、生命、信息、環(huán)境、能源等領(lǐng)域相互交叉、滲透的一個(gè)中心科學(xué)?！彼麖娬{。 

其中，和物理科學(xué)的交叉，可以解決分子及分子以上層次化學(xué)鍵精準重組問(wèn)題，以及結構與性質(zhì)的關(guān)系等問(wèn)題。而這正是化學(xué)最基本的內涵，將為分子科學(xué)注入強勁動(dòng)力。材料、生命、信息、能源等對化學(xué)提出的物質(zhì)、方法、技術(shù)等方面的需求，則被認為是這一學(xué)科的外在發(fā)展動(dòng)力。

12月18日，王健君與中國科學(xué)院大學(xué)教授周昕等學(xué)者在《自然》發(fā)表的研究中，用表面相對穩定的氧化石墨烯制備了一系列納米材料，研究了不同尺寸氧化石墨烯在不同溫度時(shí)結冰的情況，證實(shí)了吉布斯提出相變“經(jīng)典成核理論”中臨界冰核的存在。 

在王健君看來(lái)，這項研究將物理與化學(xué)學(xué)科深度交叉，對水結冰這一重要相變現象的微觀(guān)機制的理解，也能為實(shí)現人為控冰應用方面提供重要理論指引。 

2019年10月，香山科學(xué)會(huì )議第663次學(xué)術(shù)討論會(huì )聚焦“功能π-體系分子材料前沿與創(chuàng )新”。會(huì )議上，分子科學(xué)研究前沿領(lǐng)域得到進(jìn)一步聚焦，智能化學(xué)與技術(shù)、分子材料與器件、綠色碳科學(xué)與激發(fā)態(tài)化學(xué)、表界面與軟物質(zhì)科學(xué)、生命過(guò)程的分子基礎被認為是分子科學(xué)的六大發(fā)展方向。 

為解決這些領(lǐng)域中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，與物理學(xué)深度交叉滲透的分子電子學(xué)備受關(guān)注。 

“未來(lái)，應重視賦予‘老體系’以‘新內涵’，布局研究有機拓撲絕緣體、有機熱電、有機超導等新方向，以此推動(dòng)有機電子工業(yè)形成與發(fā)展?！敝斓辣局赋?，“21世紀的化學(xué)，將呈現多元化和高度交叉的發(fā)展趨勢，中國學(xué)者應充分把握好分子電子學(xué)領(lǐng)域自主創(chuàng )新的機遇，為化學(xué)科學(xué)注入新的發(fā)展動(dòng)力?！?nbsp;

摘自《中國科學(xué)報》