國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）根據《國家自然科學基金“十三五”發展規劃》優先發展領域和新時代科學基金深化改革戰略部署，在深入研討和廣泛征求科學家意見的基礎上，現發布“十三五”第四批8個科學部52個重大項目指南（見附件），請申請人及依托單位按重大項目指南中所述的要求和注意事項提出申請。

附件2

化學科學部重大項目指南

2019年化學科學部擬資助8個重大項目。項目申請人申請的直接費用預算不得超過2000萬元/項。申請書的附注說明選擇相關重大項目名稱，例如“細胞中生物大分子結構與相互作用的譜學測量”。

“細胞中生物大分子結構與

相互作用的譜學測量”重大項目指南

細胞是構成生命結構的基本單元，蛋白質和核酸等分子是細胞生物功能的主要承載者和執行者。蛋白質和核酸的功能由其三維結構決定，并通過相互作用來實現。功能生物大分子及其復合物的三維結構可以為認識生命活動的本質、闡述病理生理發生發展的分子機制和研發新藥提供結構基礎等核心數據。得益于X-晶體衍射，低溫電子顯微鏡和核磁共振（NMR）等主流結構分析化學/結構生物學技術和方法的長足發展，已經有超過15萬個蛋白質等功能生物大分子及復合物的三維結構獲得解析。近年來細胞中核磁共振（in-cell NMR）方法的迅速發展，使在活細胞中解析的蛋白質三維結構成為可能。然而，現有結構幾乎全部是在非細胞環境下獲得的。越來越多的數據表明，多結構域和非球形蛋白質的三維結構和功能與細胞微環境密切相關或受后者調控。因此，發展細胞中功能大分子結構分析化學/結構生物學技術和方法，在接近生理狀態的條件下探索生命活動的分子過程本質，是生物分析化學面臨的新挑戰和新機遇。

本重大項目擬發展用于測定活細胞中蛋白質、核酸等功能生物分子空間分布、含量和變化、三維結構和相互作用，以及細胞微環境對其影響的新技術新方法，取得一系列具原創性和重要影響的成果，為探索生命過程和重大疾病發生發展的分子機制提供原子分辨的結構和相互作用信息，以及技術支撐。催生和引領細胞結構分析化學和細胞結構生物學等新學科方向的誕生和發展。

一、科學目標

本項目服務于“健康中國”國家戰略，針對生命過程的分子基礎和神經退行性疾病發生發展的分子機制，以及生物分子結構和相互作用研究的前沿發展趨勢，在細胞層次上開展原子分辨的蛋白質和核酸的三維結構、相互作用和細胞微環境效應的新技術新方法的創新研究；在原子水平上研究細胞微環境對生物功能大分子結構、動態行為和相互作用的影響；探測并闡明生物功能大分子在細胞中的空間定位、含量和變化；探索這些信息與重大疾病（如神經退行性疾病）之間的內在關系。把生物分子功能與三維結構的關系研究，以及生命過程和疾病發生發展的分子機制研究，從非細胞環境推進到活細胞環境。催生和引領細胞結構分析化學和細胞結構生物學等新學科方向的誕生和發展。

二、研究內容

依據上述科學目標，本項目擬設置四個既相互關聯，又相對獨立的研究內容。在實施中將首選與神經退行性疾病相關的重要目標蛋白質，建立研究其在活細胞內定位、含量和變化、結構和相互作用的新技術和新方法，為認知神經退行性病發生發展的分子機制提供研究手段和基礎數據。

（一）細胞中功能大分子三維結構的高效測定方法。

建立基于NMR的細胞中功能生物大分子（蛋白質、核酸）原子分辨三維結構的高效測定方法。針對細胞內NMR背景干擾嚴重、信號增寬和壽命短的特點，發展快速、譜線窄化、抗干擾的NMR方法和相應的原子標記（免標記）技術和方法，以及結構參數（核間距、化學鍵二面角等）的快速獲取和信號歸屬方法；發展順磁標記方法，用于探測功能分子構象動態和相互作用界面，獲取長程距離信息；重點發展針對細胞內多結構域蛋白質、蛋白質復合物及非經典核酸（如G四聯體）的結構解析方法。

（二）細胞中原子分辨的功能分子構象變化、相互作用和微環境效應的測定方法。

建立在細胞中測定原子分辨的功能生物大分子構象變化和相互作用的新技術和新方法，并研究細胞微環境對結構和功能的影響。針對細胞中生物分子間復雜的（弱）相互作用、擁擠和限域等微環境效應，發展基于NMR的具有原子分辨的分析方法，用于表征功能生物大分子的構象變化和相互作用，及其所受細胞微環境的影響；發展含有高靈敏（如19F）原子的天然（非天然）氨基酸/堿基的功能分子定點標記方法和相應的NMR檢測方法；實現活細胞內多結構域蛋白質和蛋白質復合物三維結構變化的快速測量。

（三）細胞中疾病相關蛋白質的發現和原位相互作用的分析方法。

建立基于液相色譜-質譜聯用（LC-MS）等技術的細胞中蛋白質的深度覆蓋、精準和規模化定量，以及原位相互作用的分析方法，用于篩選發現與神經退行性疾病相關的蛋白質；針對細胞異質性問題，發展單細胞中蛋白質的精準定量方法；定量表征蛋白質等生物大分子對擁擠效應和弱相互作用的貢獻；研制新型交聯劑，發展在亞分子（殘基）水平上研究細胞內蛋白質結構和相互作用分析新方法，實現細胞內蛋白質復合體時空動態變化的深度解析。

（四）細胞中功能分子的高時空分辨識別和精準定位方法。

發展和完善靶向生物功能分子的高特異性和可視化探針篩選技術和方法，實現細胞中神經退行性疾病相關蛋白質等的精確識別和空間定位；以生物功能分子的三維結構為基礎，開發適合于探測活細胞中功能分子間相互作用的高靈敏熒光和磁共振成像造影劑和新型功能化核酸探針，建立在分子水平上測量復雜網絡或多條通路中的蛋白質相互作用的新方法。

“甲醇及其耦合反應催化原理

及新過程應用”重大項目指南

甲醇是聯系煤化工、石油化工和精細化工之間的橋梁，是多種重要有機化學品的原料。深入認識甲醇催化轉化反應機理和選擇性控制原理能極大促進相關產業技術升級和新技術開發。本項目擬圍繞催化劑、反應機理和選擇性控制原理、重要甲醇耦合反應等涉及的重要關鍵科學問題開展工作，構建甲醇催化轉化新工藝及其過程，為工業應用奠定科學基礎。

一、科學目標

針對甲醇及其耦合反應，結合催化劑性質的精確控制與反應活性物種的原位探測，通過催化材料的精確設計，實現酸性、微結構、形貌與界面性質調控；全面理解分子篩催化劑上甲醇轉化的反應歷程，解析碳碳鍵生成和催化劑失活的反應機理，研究出延長催化劑壽命以及實現催化劑再生的有效手段；開發甲醇及其耦合反應制備烴類和含氧化合物的催化新過程，引領該領域的發展。

二、研究內容

（一）分子篩催化劑的精準控制合成。

圍繞甲醇及其耦合反應，發展分子篩催化劑的合成方法，調控晶體形貌，同時兼顧分子篩材料的良好結晶度和適宜酸性；實現對分子篩形貌的理性調控，強化反應過程的擴散傳質；研究分子篩合成機理。

（二）甲醇轉化的反應機理研究。

利用時間分辨功能的原位研究技術和瞬態研究方法，實現對甲醇轉化過程催化劑表面和反應過程的動態監測；結合理論模擬，完善甲醇轉化反應機理，描繪真實完整的反應歷程；結合二次反應和耦合反應體系研究，建立更為完善的甲醇轉化反應網絡，并提出反應網絡調控策略；探索結合反應控制和擴散控制的分子篩催化原理。

（三）甲醇與烴類耦合反應。

通過甲醇轉化的活性物種活化轉化石腦油中烷烴原料；發展甲醇-芳烴耦合制取PX并聯產乙烯的反應過程，實現甲苯甲基化反應的同時引導甲醇轉化為乙烯為主導產物的MTO反應；在甲醇轉化體系中引入CO開展耦合反應，改變反應物的C/H比，引導甲醇轉化產物由低碳烯烴向芳烴轉變。

（四）甲醇與含氧化合物耦合。

開展用于二甲醚羰基化反應的催化劑研究，實現具有特定結構的分子篩的可控合成，深入研究分子篩孔道尺寸效應與酸中心空間分布對分子篩羰基化反應的影響；探索二甲醚羰基化反應機理與失活機理；構筑金屬高度分散的氧化物，實現金屬-氧化物界面最大化；結合分子篩孔道尺寸效應與酸性，建立多位點微化學環境與活性關系。

“面向高端化學品制造的

微化工科學基礎”重大項目指南

高端化學品具有高性能的應用屬性和化學組成與空間結構獨特的自然屬性。高端化學品的開發和制造是推動社會高質量、可持續發展的基礎。微化工技術以微尺度流動、傳遞和反應過程為基礎，有能力精準解析和調控復雜物質轉化過程，是高端化學品制造的有力工具。本項目緊扣若干重要高端化學品高效規模化制造的主題，研究微化工過程的尺度和界面效應及其動力學特性、微化工系統的構建原理和放大方法兩大關鍵科學問題，豐富化學工程學科基礎理論，突破微化工技術在過程耦合與調控機制、微結構設備放大和工藝優化集成方面的瓶頸，為化學工業轉型升級、高端化學品制造技術和裝備創新提供基礎和示范。

一、科學目標

項目重點針對高能化學品、高端染顏料等為代表的精細化學品，芳綸、鹵化丁基橡膠等為代表的高性能聚合物產品，藥物載體、標準顆粒、稀土拋光材料等為代表高度均一單分散顆粒產品等三類高端化學品的規模化精準制造，圍繞微尺度受限空間內分子結構、凝聚態結構的形成與演變規律，從物理、化學、化工、材料等多學科交叉融合的角度開展深入研究，揭示微通道內復雜多相流的形成機制及其演變規律，認識界面現象的時空依賴性及其與流動、傳遞和反應的相互作用，解析和調控物性變化對轉化過程的影響，闡明微時空尺度下關聯過程的耦合與協調機制，提出微結構元件的放大和集成策略，創制若干典型規模化精準制造高端化學品的微化工技術與系統，形成一支在微化工基礎理論研究和技術開發方面具有國際一流水平的研究隊伍，顯著提升我國高端化學品制造領域的創新能力和競爭力。

二、研究內容

（一）微時空尺度下多相流動基本規律及其調控機制。

重點針對高端化學品制備過程涉及的微通道內液滴（氣泡）生成、聚并和破裂規律開展研究。觀測體系內界面形成和演變、微通道內流場和濃度（溫度）場變化規律，探明多相微分散體系相界面形態和結構的形成機制，掌握復雜流型和分散尺度的調控規律，探究微分散流型、分撒尺度和體系物性參數等因素對多相微分散熱質傳遞的影響規律，測量微尺度下熱質傳遞動力學，揭示微通道內氣液和液液熱質傳遞與流動相耦合的微觀機理，建立多相微流動過程數學模型和計算機模擬方法，揭示微化工過程的尺度效應和界面效應。

（二）微時空尺度下復雜反應的歷程和調控規律。

以典型高端化學品制備體系涉及的典型復雜反應網絡作為研究對象，建立針對主要反應本征規律的一般性研究方法，將受限空間內微尺度流動和傳遞模型與本征動力學模型相結合，發展考慮物種相互轉化和空間分布的動力學模型化方法，探索抑制平行競爭或順序副反應發生的反應條件，通過在微時空尺度下主動調控微分散體系組成和結構來提高主反應效率和選擇性，揭示特定分子結構產品導向的微尺度傳遞與反應協同機制，為典型高端化學品微化工技術的開發提供理論基礎。

（三）微時空尺度下聚集態的形成機制和動態演變規律。

對于以聚集態形式從制備條件下獲得的高端化學品，如稀土拋光材料、藥物載體、標準顆粒等，其生產過程往往涉及成核、生長、團聚、熟化等相變及相轉變過程，這些過程對體系的傳遞和反應性能有明確要求。以研究微尺度下聚集態的形成與演變規律為重要切入點，探索保證聚集態穩定及一致性的環境條件和時間窗口，了解微時空尺度下反應轉化導致的物性、反應機制及動力學特性的變化規律，發展聚集態結構和組成的調控方法，建立考慮這些變化的表觀轉化動力學模型，為實現材料組成和結構的可控調節提供理論基礎。

（四）微化工系統的構建原理和放大方法。

探索基于微化工工藝將微設備與微設備、微設備與常規設備以適當的方式組合形成微化工系統，研究系統內單元與單元之間的銜接原則，分析微化工單元的穩定性對于系統穩定性的影響規律，提出保證系統穩定運行的基本原則；系統考察微結構元件及其尺寸對混合和分散性能的影響規律，對高處理量下的多相流動特性進行量化分析，確立微化工裝置放大和設計準則，為構建工業化微化工系統提供指導，在3-5個高端化學品制造中實現微化工技術應用示范的突破。

“藥物綠色制備的關鍵

反應和策略”重大項目指南

我國原料藥生產在產能和出口規模方面都位居全球第一，但是在發展具有自主知識產權的先進原料藥制備技術方面相對落后。本重大項目針對一些藥物生產中常用的不對稱催化反應和偶聯反應，發展高效和便宜易得的配體和催化劑；對于一些結構復雜、合成難度大的藥物分子發展簡潔、經濟高效的合成路線。在此基礎上發展具有自己的知識產權的低成本、高效率和符合綠色制造要求的藥物先進制備工藝；與企業合作進行相關制造工藝的產業化，使相關企業在與國際同行的競爭中處于優勢地位，為我國的人口健康提供相對廉價的藥品。

一、科學目標

針對原料藥和中間體合成，發展一批實用、普適性強的關鍵合成反應，為發展原料藥和中間體的高效合成路線提供新的思路。針對一些結構復雜和需求量大的重要藥物，發展高效催化方法和簡潔的合成路線，并以此為基礎開發出一些低成本、低排放、高效率的先進制備工藝，使相關藥物的生產工藝達到國際領先水平，實現一批重要藥物先進工藝的產業化。

二、研究內容

（一）關鍵合成反應的研究。

針對一些不對稱氫化反應、碳-碳鍵形成反應、價廉易得的芳基鹵代物的偶聯反應等，發展新穎骨架、結構可調和制備方便的新型催化劑；探索使用非貴金屬和廉價配體的可行性，并通過探索和認識催化劑的結構與活性和反應效率以及選擇性的關系，實現催化反應的高效率和高選擇性，從機制上認識和闡明催化反應過程中選擇性控制以及傳遞的規律，設計合成更為高效、高選擇性氫化、氫甲酰化和偶聯反應的通用催化劑。為制藥工業提供綠色、經濟、高效的催化技術。

（二）先進藥物合成工藝的研究。

針對一些需求量大的藥物，利用高通量篩選和快速評價體系尋找并開發新型催化體系以解決其關鍵中間體的高效、經濟可行的催化合成；同時根據現代化的綠色工藝標準對整條合成路線中各個步驟進行系統優化，最終發展出成本更低和更環保的生產工藝。

（三）重要藥物分子高效、簡潔的合成路線的研究。

針對一些結構復雜，合成難度大的藥物分子，發展合成步驟短、產率高、可重復性強、使用廉價原料和試劑的創新合成路線。根據產業化的要求進一步優化反應過程，盡可能利用價廉的試劑來代替價格高的試劑，建立適合大規模生產的分離條件。在此基礎和企業聯合進行中試放大的研究，并根據中試中發現的問題進行合成路線的進一步優化，達到能夠產業化的標準。

“耐極端環境高性能氟醚

橡膠的制備科學”重大項目指南

含氟橡膠是分子主鏈或側鏈碳原子上含有氟原子的一類高分子彈性材料。由于它具有獨特優異的化學穩定性和熱穩定性，含氟橡膠作為耐苛刻環境的密封材料已在航天、航空、汽車、石油、化工和電子等領域得到廣泛應用。本項目針對高新技術產業對耐極端環境高性能氟醚橡膠的迫切需求，通過開展“耐低溫（-30℃）和強氧化性介質全氟醚橡膠”及“耐高溫（325℃）和化學介質全氟醚橡膠”兩種全氟醚橡膠的制備科學研究，解決高性能氟醚橡膠制備的如下關鍵科學問題：選擇性碳-氟鍵的形成與斷裂過程、以及含氟碳-碳鍵形成過程的可控性；含氟單體的聚合反應特性與規律；氟醚橡膠獨特性能形成的原因及其結構-性能關系；氟醚橡膠材料加工（硫化）的獨特規律，為我國含氟有機材料的發展提供科學基礎和技術支撐。

一、科學目標

本項目針對高性能氟醚橡膠制備中的關鍵科學問題，從耐極端環境高性能氟醚橡膠的整個研究鏈入手，分子設計與合成新型含氟單體，發展新型氟化學反應和試劑，探索含氟單體聚合過程中的特殊規律，開展氟醚橡膠的硫化及應用研究，揭示分子層面氟醚橡膠結構與性能關系，建立新的制備技術及表征方法，制備出我國急需發展的兩種耐極端環境的高性能氟醚橡膠，促進我國有機氟化學和含氟材料學科的發展。

二、研究內容

（一）全氟醚橡膠分子結構設計和單體的合成。

開展“耐低溫（-30℃）和強氧化性介質全氟醚橡膠”和“耐高溫（325℃）和化學介質全氟醚橡膠”兩種全氟醚橡膠的分子結構設計；根據設計的分子結構，開展含氟單體和硫化點單體的合成。

（二）全氟醚生膠的合成：自由基乳液共聚合反應。

開展含氟單體的自由基乳液共聚合反應研究，制備出耐低溫和耐高溫（325℃）的全氟醚生膠，研究氣液兩相含氟單體的共聚合反應規律。

（三）全氟醚生膠結構表征及性能測試。

開展全氟醚生膠的組份、結構和分子序列排布對生膠性能的影響研究，探索氟醚橡膠彈性形變過程中的鏈構象變化情況，構建宏觀形變與微觀分子運動之間的內在聯系，開展全氟醚生膠的性能測試。

（四）全氟醚生膠硫化（全氟醚混煉膠制備）。

開展補強填料的選擇和表面改性研究，探索填料對密封膠性能的影響，選擇合適的硫化體系，研究硫化體系與膠料各組份的匹配性及對全氟醚橡膠性能的影響。

（五）全氟醚橡膠綜合性能評價及應用研究。

開展全氟醚橡膠基本物理性能、常規力學性能、壓縮回彈性能、環境適應性、介質相容性、熱氧老化和貯存老化性能等的評價與表征，開展全氟醚橡膠密封件在典型應用環境下的密封性能測試，進一步開展耐低溫（-30℃）全氟醚橡膠和耐高溫（325℃）全氟醚橡膠的應用考核。

“催組裝研究方法與

理論基礎”重大項目指南

分子組裝是構筑分子以上層次的新物質的主要手段，亟需發展新型高效的分子組裝調控手段。催組裝是近年來提出的調控分子組裝的新思路，通過設計合成催組劑，對組裝過程進行高效精準的調控。不同于強調組裝基元設計與合成的傳統分子組裝策略，催組裝在多級復雜組裝體系的構筑上優勢更明顯，因而在創造新功能材料和深刻理解生命體組裝上具有重大意義。本項目將建立催組裝的整體框架和研究方法，在生物分子組裝、小分子組裝、多相組裝及非平衡態組裝等多個方向上發展和研究催組裝體系，探究分子組裝的理論基礎，發展針對組裝過程的表征技術。催組裝有望成為現有組裝研究方法和理論進一步發展的突破口，為構筑多級復雜組裝功能體系和探究生命體組裝提供新思路、新方法和新技術。

一、科學目標

發展可實現多組分、多層次、多功能的復雜分子系統的可控構筑的新方法和理論，系統構建催組裝的整體框架，形成在國際分子組裝領域具有特色和優勢的新方向。通過多學科交叉，研究典型催組裝體系，建立催組裝研究方法；揭示生命體內催組裝現象的機制，構筑生物大分子催組裝功能體系，在多相組裝和非平衡態組裝中發展催組裝體系；發展針對組裝過程的表征方法體系和理論方法體系，并初步構建具一定普適性的分子組裝理論，破解組裝“黑箱”過程的物理圖像。 

二、研究內容

（一）催組裝研究框架和方法。

催組裝涉及多位點弱相互作用的協同，其研究方法和物理圖像不同于催化。通過多學科交叉研究典型催組裝體系，設計合成催組劑，采用高分辨實時原位的表征手段表征組裝中間體和動力學，利用理論計算系統研究催組劑作用機理。結合實驗、表征、理論全面認識催組裝體系的物理化學圖像，建立不同于催化的新模型和理論，將關注點從組裝基元結構設計與合成轉移到對組裝全局的研究和調控上，系統構建催組裝研究的整體框架和方法。

（二）生命中的催組裝體系。

系統梳理生命過程中的催組裝現象，選取若干模型體系進行詳細研究，從中提煉催組裝的理論基礎和物理化學原理。利用單分子熒光技術、單分子力譜技術、原子力顯微鏡以及冷凍電鏡等多種技術，重點研究組蛋白分子伴侶作為催組劑調控組裝和解組裝的動態過程及其分子機制，例如揭示組蛋白伴侶組裝和解組裝染色質和核小體的物理化學本質。探索構建復雜生命體系的催組裝理論，初步闡明催組裝在一些生命過程的調控作用機制。

（三）人工設計的生物大分子催組裝體系。

利用DNA、RNA、蛋白質等作為組裝基元，基于生物分子相互作用進行人工設計，發展出生物大分子催組裝體系。探索以生物相關小分子、核酸、蛋白質等作為催組劑，通過對生物分子相互作用過程中次級鍵的調控與剪裁，設計程序可控的仿生催組裝體系，并發展出針對這些催組裝體系的生物分子動態結構表征和活性測定新方法。構建基于催組裝體系的功能器件和復雜網絡，將其應用到生物分析器件的構建、納米結構的構筑、細胞基因操控的活性調控等方向上。

（四）基于小分子的多相及非平衡態催組裝。

在氣固、液固等界面構筑并研究基于小分子的多相催組裝體系，設計催組劑對組裝路徑和組裝產物進行調控，利用掃描探針顯微鏡等研究表面組裝過程動力學、中間體及產物。借鑒生命體系耗散態組裝的特點，設計并構建化學能、光能、電能等驅動的仿生非平衡態小分子催組裝體系，研究小分子相分離過程機制及分相調控小分子組裝機制，進而深入研究外場對催組劑及組裝體系的調控，從非平衡態統計熱力學、系統論和控制論角度理解非平衡態催組裝體系。

（五）分子組裝理論基礎及表征技術。

發展針對分子組裝理論的新型計算方法及表征技術以支撐催組裝研究方法的發展。發展更有效的泛函和更準確的分子力場準確描述弱相互作用，發展新的多尺度動力學速率理論描述組裝過程動力學，發展有效的非平衡統計理論和模擬方法描述非平衡態組裝過程。發展實時原位高分辨的針對多位點弱相互作用協同的表征手段，對組裝過程的動力學進行表征。實驗、表征和理論有機結合，破解組裝“黑箱”過程的物理化學圖像。

“分子鐵電體的化學設計

與鐵性耦合”重大項目指南

分子鐵電體可廣泛應用于新一代可穿戴器件、柔性器件，如何從分子水平理性設計多功能化的高效分子鐵電體體系是推動其實用化進程的基礎，也是該領域亟待解決的關鍵科學問題。本項目將以材料結構基元為基礎，在分子水平進行剪裁與修飾，實現鐵電極軸特性的調控和極化反轉性能的優化，從而構筑多極軸鐵電薄膜及其器件。通過鐵電性、鐵彈性、鐵磁性等多種鐵性與光電功能特性的調制與耦合，發展多功能分子鐵電材料體系，闡明相關作用機制，取得一系列具有重要影響的原創性研究成果，引領分子鐵電領域的發展。

一、科學目標

針對分子鐵電體設計和性能優化面臨的挑戰，從朗道唯象理論、居里原理、諾伊曼原理入手，發展分子鐵電體的普適設計策略與化學合成方法，構筑具備高相變溫度和高飽和極化的新型多功能性分子鐵電材料；通過對鐵電極軸特性的調控和薄膜器件的構筑，實現鐵電性和鐵彈性、鐵磁性等其它鐵性的耦合，并進一步引入有實用潛力的光電功能特性；結合實驗表征和理論計算，揭示分子鐵電的本征規律及科學機制，探索渦旋疇等特殊的鐵電拓撲態性質，為在信息存儲、能量轉換、傳感、光電器件等高科技領域的規模化應用奠定基礎。

二、研究內容

（一）高相變溫度、大飽和極化的多極軸分子鐵電體的構筑和合成。

以容易產生結構相變的球形分子為基礎，通過不對稱性、手性的引入進行剪裁或修飾，誘導化合物形成低對稱性的極性鐵電相，將鐵電體的研究與探尋從傳統的試錯向理性設計推進。

（二）含氟的多極軸分子鐵電體的設計及其薄膜研究。

通過氫、氟等元素取代進行修飾與剪裁，調控分子鐵電體相變前后對稱元素與鐵電極軸特性；發展多軸分子鐵電薄膜制備的新方法，調控薄膜聚集形態，探索分子鐵電薄膜制備、生長的一般性規律；最終獲得具有高結晶態、低漏電流、厚度可控的分子鐵電薄膜，為其在信息存儲、能量轉化等領域的應用打下堅實基礎。

（三）分子鈣鈦礦鐵電體的鐵性調制與耦合。

基于結構包容性極強的分子鈣鈦礦鐵電體系，通過極化、應變和磁化等序參量的耦合引入鐵彈性、鐵磁性等功能，獲得分子多鐵材料。

（四）分子鐵電多功能材料的器件應用與機理探索。

利用化學自組裝、配位化學等手段，在分子鐵電材料體系（可包含單分子、自由基、鈣鈦礦結構等）中引入光電等功能特性，結合實驗與計算手段，研究渦旋疇等鐵電拓撲態性質和分子鐵電體系中極化翻轉、疇壁運動等動力學特性，揭示各種性質的形成機制和規律，指導多功能器件的設計與發展。

“面向高效能量/物質轉化的

新型電化學界面基礎研究”重大項目指南

在現代電化學技術中，電化學界面發生了很大變化，電解質更多的是全固態和半固態，而非傳統的液態。這些新型界面的微觀結構、動態演化規律以及構效關系的深入認識，將在很大程度上重新打造電化學能量與物質轉化的科學基礎，并將直接影響相關技術未來發展的走向。本重大項目集成電化學、理論化學、譜學和材料化學等多個學科的科學家進行聯合攻關。聚焦于“電極/聚電解質”界面這一牽涉最廣的新型電化學界面，深入研究其微觀特性、構筑方法與調控規律，并針對堿性膜燃料電池和CO2電還原兩個代表性的電化學能量/物質轉化應用開展原理性創新研究，以期取得一系列具有重要影響和自主知識產權的成果。

一、科學目標

聚焦于“電極/聚電解質”新型電化學界面，深入剖析其微觀結構、極化行為和動態演化規律。在此基礎上，集中突破以堿性氫氧化非貴金屬催化劑和以CO2電還原制乙烯為代表的電化學能量/物質轉化難題。發展原創性電催化理論，形成一支在國際上有重要影響的研究隊伍，使我國在新一代燃料電池和電化學碳循環領域的研究達到國際領先水平。

二、研究內容

本項目圍繞“電極/聚電解質”界面結構、表面化學場耦合電催化、電極多級有序結構構筑三個重要科學問題，著重開展下列四個方面的研究：

（一）理論計算與界面模擬。

采用多尺度理論計算模擬研究“電極/聚電解質”界面的微觀結構與極化特性。發展表面化學場耦合電催化定量理論。研究堿性氫氧化反應與CO2還原反應的電催化機理。

（二）原位譜學與反應機制。

建立適用于“電極/聚電解質”界面研究的原位譜學方法，研究界面動態演化規律，觀測表面化學場對反應物分子的活化作用，獲取電催化反應中間體信息。

（三）界面結構與催化性能。

研究電極表面化學場和有序親/憎水結構的新穎構筑方法，系統研究“電極/聚電解質”界面對堿性氫氧化反應和CO2還原反應的催化選擇性調控規律。

（四）材料制備與器件研究。

采用現場（operando）譜學電化學方法，在器件層次上考察電化學性能與穩定性。突破堿性膜燃料電池非貴金屬氫電極和CO2膜電解制乙烯難題。

文章來源：國自科

IEEE Spectrum

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