日前，國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）正式公布2020年度化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)（Top Ten Emerging Technologies in Chemistry）評選結(jié)果，特別值得關(guān)注的是，本次評選結(jié)果中有兩項是由我國科學(xué)家們引領(lǐng)的新興方向。

IUPAC公布2020年化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)

2019年，IUPAC介紹了化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)。這一倡議不僅是為了紀(jì)念I(lǐng)UPAC的100周年，也是為了紀(jì)念門捷列夫最著名的化學(xué)符號首次出版150周年的元素周期表國際年。每一年，化學(xué)領(lǐng)域都會推出十大具有巨大潛力且創(chuàng)新的新興技術(shù)，而這些將改變目前的化學(xué)和工業(yè)格局。

化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)也符合聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDG）。所選的技術(shù)將使我們的世界變得更美好，使我們的資源得到更周到的利用，有利于更有效的轉(zhuǎn)型，并在新材料、更高效的電池、極其精確的傳感器和個性化醫(yī)藥等應(yīng)用領(lǐng)域提供更可持續(xù)的解決方案。

2020年10月7日，IUPAC在其官網(wǎng)公布了“2020年化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。這十大新興技術(shù)依次是：雙離子電池（Dual－ion batteries）、聚集誘導(dǎo)發(fā)光（Aggregation－induced emission）、微生物組和生物活性化合物（Microbiome and bioactive compounds）、液體門控技術(shù)（Liquid gating technology）、更利于塑料回收的大分子單體（Macromonomers for better plastic recycling）、高壓無機化學(xué)（High－pressure inorganic chemistry）、人工智能（Artificial intelligence）、納米傳感器（Nanosensors）、核糖核酸疫苗（RNA vaccines）和快速診斷測試（Rapid diagnostics for testing）。

我國引領(lǐng)兩項新興技術(shù)方向

特別值得關(guān)注的是，本次評選結(jié)果中有兩項是由我國科學(xué)家們引領(lǐng)的新興方向：華南理工大學(xué)／香港科技大學(xué)唐本忠教授等人提出的“聚集誘導(dǎo)發(fā)光”和廈門大學(xué)侯旭教授等人提出的“液體門控技術(shù)”。另外，湖南大學(xué)魯兵安教授團隊和韓旭教授團隊首個基于雙離子機制運行的軟包電池模型（“雙離子電池”技術(shù)領(lǐng)域），以及北京高壓科學(xué)研究中心對于高壓環(huán)境下的最新監(jiān)測技術(shù)（“高壓無機化學(xué)”技術(shù)領(lǐng)域）受到了評審委員會的關(guān)注和報道。

聚集誘導(dǎo)發(fā)光

當(dāng)今，有機發(fā)光材料已經(jīng)在發(fā)光二極管和生物成像技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)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于堆疊，從而導(dǎo)致熒光猝滅，這一效應(yīng)被稱之為聚集導(dǎo)致發(fā)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(xiàn)象：某些分子在稀溶液中發(fā)光微弱，但堆積后發(fā)光顯著增強，并稱之為聚集誘導(dǎo)發(fā)光（AIE）。盡管這一現(xiàn)象報道之初，并沒有引起足夠的關(guān)注，但目前已經(jīng)成為一個熱點研究領(lǐng)域，AIE改變了人們對發(fā)光材料的傳統(tǒng)認(rèn)識。分子的“形狀”是理解這一效應(yīng)的關(guān)鍵。與傳統(tǒng)的發(fā)光分子不同，AIE分子呈現(xiàn)非平面的構(gòu)型，它們就像微型螺旋槳一樣，不停地轉(zhuǎn)動。但當(dāng)它們聚集時，旋轉(zhuǎn)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(xué)家們已經(jīng)制備了數(shù)類具有這種效應(yīng)的化合物，其中包括經(jīng)典的多環(huán)芳烴化合物和有機金屬復(fù)合物，以及聚合物、寡糖和納米粒子等。

AIE為發(fā)光材料的發(fā)展開辟了新的道路，AIE材料已經(jīng)在有機發(fā)光二極管、傳感器和新型生物成像技術(shù)等方面得到了應(yīng)用。實踐證明AIE材料在光電器件、熒光傳感器、生物成像等領(lǐng)域都有著巨大的應(yīng)用潛力。聚集誘導(dǎo)發(fā)光是中國原創(chuàng)的、耕植于祖國大地的新興技術(shù)。據(jù)不完全統(tǒng)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(shù)的相關(guān)研究工作。作為聚集誘導(dǎo)發(fā)光研究的全球引領(lǐng)者，唐本忠院士立足于當(dāng)今時代浪潮，致力于將聚集誘導(dǎo)發(fā)光的基礎(chǔ)研究進行產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化。

液體門控技術(shù)

使用液體作為結(jié)構(gòu)材料來建造響應(yīng)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，并在最近的幾年，逐漸將該原創(chuàng)概念發(fā)展成形，讓這個想法成功地走進了現(xiàn)實。

通常來說，傳統(tǒng)液體膜體系的作用機理在于兩相界面上濃度或電位的化學(xué)勢差異，而液體門控膜的作用機理則依賴于毛細管作用對壓力變化所產(chǎn)生的響應(yīng)。通過液體的動態(tài)重構(gòu)與可逆恢復(fù)，液體門控體系可以實現(xiàn)孔道的開關(guān)功能以及可調(diào)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(xiàn)門控體系對所傳輸物質(zhì)的物理或者化學(xué)響應(yīng)。結(jié)合以上兩種特性，液體門控技術(shù)就可以對所通過的物質(zhì)包括氣體，液體以及多相混合液體進行動態(tài)分離，并且它具有優(yōu)異的抗污染和節(jié)能等性能，有望大幅延長膜材料的使用壽命，提高傳統(tǒng)膜系統(tǒng)的普適性，這對膜科學(xué)與技術(shù)、微流控等多個交叉學(xué)科的發(fā)展帶來了具有里程碑式的意義。因此，專家們認(rèn)為這項新興技術(shù)將在大規(guī)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(shù)被認(rèn)為可以加速實現(xiàn)“聯(lián)合國的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)6”的計劃，該計劃旨在確保人人都能獲得清潔用水和衛(wèi)生設(shè)施；并且，液體門控技術(shù)不需要消耗電能，可以節(jié)約傳統(tǒng)技術(shù)所需要的巨大能量消耗。侯旭教授課題組引領(lǐng)的液體門控技術(shù)的研究在許多其它的領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用，比如化學(xué)傳感檢查，生物3D打印和微流控芯片等。盡管液體門控技術(shù)是一項新興技術(shù)，但已經(jīng)被認(rèn)為是有望迅速擴大規(guī)模，并被國際化工的龍頭企業(yè)所采用的變革性技術(shù)。

未來化學(xué)的可持續(xù)發(fā)展

此外，今年的世界正面臨前所未有的挑戰(zhàn)新冠病毒疫情無疑在全球范圍內(nèi)給人類社會帶來了深遠的影響。在這場全球新冠病毒的抗?fàn)幹?，化學(xué)家們扮演著關(guān)鍵的角色，從肥皂、清水到測試、新藥物，化學(xué)將是戰(zhàn)勝這一威脅的重要武器。所以“快速診斷測試”、“核糖核酸疫苗”技術(shù)也入選到2020年“化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。

化學(xué)為人類提供了一套無限的工具，來重塑世界，使之成為一個更安全、更可持續(xù)的未來。從設(shè)計更有效的測試方法到開發(fā)成功的治療方法，化學(xué)將是應(yīng)對當(dāng)前COVID－19大流行的核心。COVID－19大流行是人類社會在過去幾十年里面臨的最困難的挑戰(zhàn)之一。此外，人類在阻止冠狀病毒的傳播并為有需要的人提供醫(yī)療服務(wù)的同時，必須謹(jǐn)記即將出現(xiàn)的其他威脅，如污染、氣候變化和循環(huán)經(jīng)濟等?；瘜W(xué)科學(xué)的創(chuàng)新對于實現(xiàn)聯(lián)合國制定的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDG）中的大多數(shù)目標(biāo)至關(guān)重要，這些目標(biāo)旨在促進繁榮，同時保護地球。這與IUPAC的主要使命完全一致，即為人類和世界的最大利益應(yīng)用和傳播化學(xué)知識。這個新版本的十大新興化學(xué)技術(shù)保持了同樣的精神，促進化學(xué)保護社會和人類的地球的基本作用。
責(zé)編AJX