12月8日上午，由中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心与科睿唯安联合举办的“2021研究前沿发布暨研讨会”在北京举行，面向全球发布《2021研究前沿》报告和《2021研究前沿热度指数》报告。
《2021研究前沿》报告，遴选展示了在农业科学、植物学和动物学，生态与环境科学，地球科学，临床医学，生物科学，化学与材料科学，物理学，天文学与天体物理学，数学，信息科学，经济学、心理学及其他社会科学等11个高度聚合的大学科领域中较为活跃或发展迅速的110个热点前沿和61个新兴前沿，较为客观地反映了相关学科的发展趋势。
《2021研究前沿热度指数》在《2021研究前沿》基础上，评估了中国、美国、英国、德国、法国和日本等国家在上述研究前沿中的表现。报告显示，2021年，在11大学科领域整体层面，美国仍最为活跃；中国继续稳居第二，而且与美国的差距进一步缩小；英国、德国和意大利分别列第三、第四和第五。
化学与材料科学领域：中国热度指数得分是美国的3.5倍，优势明显，英国、德国和澳大利亚分列第三至第五
在化学与材料科学领域，中国的研究前沿热度指数得分为 24.80 分，约是美国的 3.5 倍，排名第一，具有明显的比较优势。美国得分为 7.01 分，排名第二。美国与中国相比得分相差较多，但仍远远超过其他国家。英国、德国和澳大利亚得分分别是 2.41、1.95 和 1.78，排名第三、第四和五名。在七个指标上中国和美国始终分列第一和第二名，英国、德国和澳大利亚在几个指标上的排名略有变化。
化学与材料科学领域热点前沿和新兴前沿基本信息
化学与材料科学领域热点前沿和新兴前沿基本信息
《2021研究前沿》报告对化学与材料科学领域进行了解读。
1.对热点前沿及重点热点前沿：
1.1 化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿发展态势
2021 年化学与材料科学领域Top10 热点前沿主要分布在有机合成、 先 进 材 料、 生 物 化 学 等 方 面。与 2013-2020 年相比，2021 年 Top10 热 点 前 沿 中 超 过 半数的前沿属于首次入选，即使曾经出现过的研究主题在今年其研究方向也发生了迁移。在有机合成方面，氮杂环卡宾催化去年曾入选 Top10热点研究前沿，2021 年突出了光和氮杂环卡宾的协同催化；二氧化硫插入策略合成磺酰类功能分子、非共价相互作用（卤键、硫键等）及不对称合成轴手性化合物三个研究方向均是首次出现。先进材料方
面，钙钛矿材料的研究一直是近年来的热点，2013-2020 年主要研究其作为电池材料和光学晶体材料在太阳能电池和光电探测器领域的应用，2021 年重点关注了其铁电性质；基于水凝胶的应变传感器曾是 2020 年的热点前沿，2021 年在其抗干燥、热稳定性及机械稳定性等性能提升方面做了较多研究；电磁波吸收材料曾是 2016 年的新兴前沿，重点关注了具有壳核结构的电磁波材料，2021 年重点关注了具有棒状、花状及层状结构复合物对电磁波的吸收性能；无铅储能陶瓷曾是 2020 年的热点前沿，重点研究了无铅钙钛矿铁电储能陶瓷材料，2021 年重点关注了无铅弛豫铁电储能陶瓷材料。生物化学方面，化学动力学疗法和光电化学生物传感器均是首次入选研究前沿。
1.2 重点热点前沿——“非共价相互作用（卤键、硫键等）”
卤键、硫键等二次键是超分子的弱相互作用，通常被视为氢键相互作用的竞争性相互作用。作为非共价键研究领域的新范式，卤键、硫键等二次键引发了分子间相互作用的新方向。借由这种新颖的分子间相互作用构筑的材料表现出独特的荧光、磷光、磁性、液晶、超分子凝胶等特性，在光波导、传感、催化和药物发现等领域具有广阔的应用前景，近年来成为化学与材料科学领域的热点研究方向。
针对卤素键的研究最早始于1814 年，Jean-Jacques Colin 制 备了有史以来第一个具有金属光泽的蓝黑色卤素键合复合物（I2···NH3）。针对硫键的研究则始于 20 世纪 60年代。现如今，卤素键已在硅片和固态实验中得到广泛研究，溶液中的应用主要集中在阴离子识别和传感、阴离子模板自组装以及有机催化等领域。固相中，硫键已被用于纳米结构的构建和复杂阵列的自组
装；近期在溶液中的应用主要利用分子内相互作用机理实现中间体构象或试剂的稳定，用于阴离子识别和传输以及有机合成和有机催化中。尽管对这些二次共价键的研究由来已久，但目前对支配这些相互作用的基本几何和物理参数的研究和理解还处于初级阶段，对其在超分子构筑中所发挥的作用及在合成转化、晶体工程、催化以及合成 /构造功能材料中的应用的认识和实
践还需进一步的深化。本前沿反映了这些二次键在阴离子识别、晶体工程、非共价有机合成和有机催化中的理论和应用探索中的一些重要研究进展。
1.3 重点热点前沿——“化学动力学疗法”
化学动力学疗法（Chemodynamic Therapy，CDT）是一类基于铁基芬顿反应的新型肿瘤治疗策略，2016年由中国科学院上海硅酸盐研究所首次提出。该策略基于非晶铁纳米颗粒在肿瘤微环境中先酸解离、再催化过氧化氢歧化的逻辑响应关系，在瘤内原位产生羟基自由基，导致肿瘤细胞线粒体不可逆的破坏、DNA 链断裂以及蛋白和膜的氧化，最终分解为生物安全的铁离子，显著提高肿瘤治疗的特异性。为了进一步优化 CDT 治疗效果，研究人员分别从纳米催化剂的选择( 铁基 / 非铁基、均相 / 非均相、有机 / 无机等 )，肿瘤微环境的调控 ( 降低瘤内 pH、增加反应底物H2O2、减少抗氧化剂谷胱甘肽等 )，外源能量场的辅助 ( 光、热、超声、电和磁场 ) 等角度展开了详细的研究。这一新兴的治疗手段不仅能够直接杀灭肿瘤细胞，还可以与其他肿瘤治疗策略 ( 如化疗 ) 有机结合，共同提升抗肿瘤疗效。
该热点前沿中，中国科学院上海硅酸盐研究所提出“化学动力学疗法”概念的 2016 年发表的原创论文“Synthesis of Iron Nanometallic Glasses and Their Application in Cancer Therapy by a Localized Fenton Reaction”获得了最多的引用， 被 引 308 次。 中 国 科 学 院 上海硅酸盐研究所与华东师范大学在 2019 年联合发表的综述性论文“Chemodynamic Therapy: Tumour
Microenvironment-Mediated Fenton and Fenton-like Reactions ”以及福州大学利用 MnO2 基纳米制剂同时输送类 Fenton 离子和消耗谷胱甘肽以增强化疗动力学治疗的相关文章也获得较多的引用，均被引 287 次，这三篇论文均发表在《Angewandte Chemie-International Edition》上。
2. 新兴前沿及重点新兴前沿解读
2.1 新兴前沿概述
在化学与材料科学领域共有 3项研究入选新兴前沿，1 项聚焦化学原理在病毒检测中的应用，即“化学传感器在新型冠状病毒检测中的应用”；1 项聚焦新型塑料的研发，即“新型塑料 vitrimers 的制备和性质研究”；还有 1 项侧重于海水淡化材料的研制，即“聚酰胺纳米膜用于海水淡化”。这三个前沿方向均是首次进入新兴研究前沿。
化学与材料科学领域新兴前沿
2.2 重点新兴前沿解读——“化学传感器在新型冠状病毒检测中的应用”
新 冠 肺 炎（COVID-19） 疫 情肆虐全球，引发此次疫情的罪魁祸首是新型冠状病毒 (SARS-CoV-2)。检测新型冠状病毒的传感器是有效评估临床进展和对感染严重程度或严重趋势保持警惕的有力工具。由于新冠肺炎疫情期间要求提供频繁、低成本、快速且大批量地检测，灵敏度高且速度快的新型传感器应运而生。化学传感器操作简便、检测成本低廉，且灵敏度和准确性也更高，为新冠肺炎疫情的防控和诊断提供了诸多有潜力的检测方案。
在本前沿中，瑞士联邦理工学院和中国山东中医药大学联合制备了带有互补 DNA 受体的二维金纳米岛（AuNIs）双功能等离子体光热生物传感器，利用其等离子体光热（PPT）效应和局部表面等离子体 共 振（LSPR） 传 感 转 导 功 能，实现了对新型冠状病毒选定序列的灵敏检测。该方法的检测下限低至0.22μm，并允许在多基因混合物中精确检测特定靶点。韩国基础科学研究院利用在场效应晶体管的石墨烯片上涂覆一种针对新型冠状病毒尖峰蛋白的特异性抗体的策略，制备成可灵敏检测新型冠状病毒的传感器。美国马里兰大学基于金纳米颗粒（AuNPs）的比色分析方法，开发出一种无需任何复杂的仪器技术，即可实现对新型冠状病毒进行选择性的“肉眼”检测。
如今，新冠疫情的形势在全球多地仍不容乐观。基于化学技术制备更为灵敏、便捷的病毒传感器仍将是化学和生物医药工作者的长期任务。
摘选报告原文，请参阅：
