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研究 前沿
人类在化学领域当下正在推进的最前沿——尚未解决的问题、谁在攻关、近年的突破， 以及仍然未知的边界。这里收录的是“正在发生的知识”，而非已盖棺定论的结论。
8 个前沿议题
销毁"永久化学品"：PFAS 处理的技术竞赛与监管摇摆
Destroying "Forever Chemicals" — The Technology Race and Regulatory Whiplash around PFAS
2024 年 4 月 10 日，美国环保署（EPA）敲定了该国历史上第一个针对 PFAS 的全国性饮用水标准^epa：PFOA 与 PFOS 两种最臭名昭著的全氟化合物，在饮用水中的法定上限被压到 4 ppt——万亿分之四，相当于往一个标准泳池里滴四滴。这是个近乎"检测即超标"的量级。消息公布一年多后，2025 年 5…
Timothy Strathmann（科罗拉多矿业学院） · Detlef Knappe（北卡罗来纳州立大学）
塑料的化学回收：解聚、热解与"回收"二字的名实之争
Chemical Recycling of Plastics — Depolymerization, Pyrolysis, and the Battle over What "Recycling" Means
2024 年 3 月，美国田纳西州金斯波特，Eastman 的甲醇解工厂宣布实现合格品产出并开始创收^carbios——这座年处理 11 万吨废塑料的设施是当时全球最大规模的"分子回收"装置。同一年 12 月，法国 Carbios 却宣布其 5 万吨级的 PET 酶解工厂因融资问题再度延期（这已是该项目第二次公开推迟，…
Alain Marty（Carbios / 图卢兹生物技术研究所） · Gregg Beckham（美国国家可再生能源实验室 NREL）
计算材料设计：从试错炼金到按需求"算"出材料
Computational Materials Design — From Trial-and-Error Alchemy to Predicting Materials on Demand
2023 年 11 月，Google DeepMind 在 Nature 上公布了 GNoME（Graph Networks for Materials Exploration）——一个用图神经网络预测晶体材料稳定性的系统。它一次性给出了约 220 万个新的晶体结构，其中约 38 万个被预测为热力学稳定、有望真实合成^…
Ekin Dogus Cubuk（Google DeepMind） · Kristin Persson（加州大学伯克利分校 / Materials Project） · Gerbrand Ceder（加州大学伯克利分校）
自驱动实验室：当 AI 提议、机器人动手，化学发现开始闭环
Self-Driving Labs — When AI Proposes and Robots Execute, Chemical Discovery Closes the Loop
2020 年 7 月，利物浦大学 Andrew Cooper 组的实验室里多了一位"新同事"：一台一米七五高、在实验台间自由走动的机器人。它连续工作了 8 天，自主完成了 688 个实验——称量、配液、光照、测氢气产量，全程无人值守。驱动它的是一个批量贝叶斯搜索算法：每做完一批实验，就用结果更新模型、挑选下一批最有信息…
Alán Aspuru-Guzik（多伦多大学 / Acceleration Consortium） · Andrew Cooper（利物浦大学） · Leroy Cronin（格拉斯哥大学）
超越锂离子：从材料承诺到可制造电池
Beyond Lithium-Ion — From Materials Promise to Manufacturable Batteries
“下一代电池”新闻常把一个高容量材料、一枚实验室扣式电池和一条可制造的吉瓦时产线写成同一件事。它们不是同一件事。 一种材料可以在微克级样品中表现出漂亮容量，却在厚电极中受到离子传输限制；一枚小电池可以依靠过量电解液和过量金属负极循环很久，却无法保留高电芯能量密度；一条试制线可以做出样品，却还没有证明良率、成本和寿命。
Yang Shao-Horn（麻省理工学院） · Yi Cui（斯坦福大学） · Chunsheng Wang（马里兰大学）
绿氢：用电、水和催化剂把能源链条重写一遍
Green Hydrogen — Rewriting the Energy Chain with Electricity, Water, and Catalysts
2022 年，国际能源署（IEA）在年度氢能报告里给出一个数字：当年全球氢产量约 9500 万吨，其中由可再生电力电解水制得的"绿氢"占比不到 1%。绝大多数氢仍来自天然气重整（"灰氢"），每生产 1 吨灰氢要排放约 9–12 吨二氧化碳。换句话说，今天的"氢经济"基本上是化石经济的延伸。 但氢之所以被反复提起，是因为…
Thomas Jaramillo（斯坦福大学 / SLAC） · Marc Koper（莱顿大学） · Karen Chan（丹麦技术大学）
碳捕集与转化：从空气里把二氧化碳"抓"回来，再让它有用
Carbon Capture and Conversion — Pulling CO₂ Back from the Air and Making It Useful
2021 年 9 月，瑞士公司 Climeworks 在冰岛启动了一座名为 Orca 的工厂——它用巨大的风扇把空气吸进来，化学吸附其中的二氧化碳，再把捕到的 CO₂ 注入地下玄武岩，让它在数年内矿化成石头。Orca 的设计年捕集能力约 4000 吨 CO₂，听上去很多，但相对人类每年约 370 亿吨的化石碳排放，它只…
Edward Sargent（西北大学 / 多伦多大学） · Klaus Lackner（亚利桑那州立大学） · Christopher Jones（佐治亚理工学院）