《2024研究前沿》摘选——化学与材料科学篇

化学与材料科学领域Top10热点前沿主要分布在能源化学、催化与表界面化学、材料化学等研究方向。能源化学方向有四项，太阳能电池、燃料电池、液流电池、金属离子电池各有一项入选。催化与表界面化学方向有三项，过渡金属催化、电催化和吸附材料各有一项入选。材料化学方向有两项，均与发光材料相关，分别为碳量子点发光材料和有机窄谱带发光材料。此外，镧系单分子磁体研究也进入了榜单。

水系锌离子电池因金属锌的储量丰富、环境友好、理论电容量高（820 mAh/g）、氧化还原电位低（-0.762V vs 标准氢电极）和水系电解液的本征安全性等优势，在大规模储能领域具有广阔的应用前景。然而，锌金属负极存在枝晶生长、腐蚀、析氢等问题。特别是锌枝晶的生长不仅会导致电池内部短路，而且会促进腐蚀、析氢等副反应的发生，是限制高性能水系锌离子电池发展的主要瓶颈。

被引频次最高的一篇论文来自美国马里兰大学帕克分校、美国陆军研究实验室和美国国家标准与技术研究院。在该论文中，研究人员设计了由高浓度锌离子和锂盐组成的水系电解液，不仅能在接近100%库仑效率下实现无枝晶的锌沉积/剥离，而且能够在开放环境中留住水分，可与Zn/LiMn2O4或Zn/O2体系组成高性能水系锌离子电池。

水是生命之源，然而世界三分之二的人口面临缺水压力。而且，许多面临水资源短缺的国家都是内陆国家，难以使用海水淡化的方法获取淡水。虽然空气中存在大量水蒸气，但通过结露技术集水非常耗能且不切实际，尤其是在相对湿度较低的地区。相比之下，基于吸附的太阳热能驱动的大气集水技术能够在低湿度条件下捕获水蒸气，是一种解决干旱、内陆、偏远地区水资源短缺问题的有效方法。

被引频次最高的四篇论文全部来自美国加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi教授团队。在被引频次最高的论文中， Yaghi教授团队讨论了用于吸附水的金属有机框架化合物（MOF）的关键化学和结构因素，介绍了MOF吸附水机制以及精细调节其吸附行为的策略，并针对用于大气集水的MOF，提出了相应筛选方法，概述了用于大气集水器件的下一代MOF的设计概念。