化學測量學“十四五”發(fā)展規(guī)劃概述

　　化學測量學是研究物質的組成和結構，確定物質在不同狀態(tài)和演變過程中化學成分、含量、時空分布和相互作用的量測科學，旨在發(fā)展化學測量相關的原理、策略、方法與技術，研制各類分析儀器、裝置及相關軟件，以獲取物質組成、分布、結構與性質的信息與時空變化規(guī)律。 　　化學測量學是化學的測量科學、方法和技術，是化學科學早、重要的發(fā)展分支之一。利用物質間和物質與各種力場間相互作用的原理、規(guī)律以及科學技術的成就，廣泛吸納和應用所涉及的自然科學技術和人工智能數據提取方法，地獲取所需信息和有關科學數據，實現對物質化學成分、組成和結構與其功能的認知。通過與物理、生物、數學、材料、信息等相關學科的交叉與融合，化學測量學已經形成自己的理論體系，并誕生了新的生長點和前瞻性研究方向:從傳統(tǒng)的容量分析發(fā)展到現代的儀器分析;從光譜、電化學、色譜、質譜、核磁共振、熱分析拓展到成像分析、納米分析、微納流控分析;從無機、有機分析擴展到生命過程化學信息的獲取;從常量、微量、痕量分析到單顆粒、單細胞、單分子、活體分析;從簡單物質的鑒定、單一信號的獲取到復雜與生命體系的高通量檢測與海量數據挖掘。其他學科領域的發(fā)展，不斷向化學測量學提出新的、更高的需求和挑戰(zhàn)，這對測量方法和檢測儀器的不斷進步起到了積極的推動作用。復雜生命過程、先進材料創(chuàng)制、新型能源、食品安全、環(huán)境問題和特種空間等物質信息和數據的獲取，使化學測量學步入新的發(fā)展時期。

 　　基金委化學測量學資助的研究涵蓋從宏觀到微觀復雜體系的檢測與分析，旨在建立新策略、新原理、新方法和新技術，致力于拓寬現有技術在重大需求和重要科學領域的應用。研究方向包括:樣品處理和分離、譜學方法理論及應用、化學與生物傳感、分子成像及儀器研發(fā)創(chuàng)制等。研究范圍涵蓋色譜、光譜、電化學、質譜、核磁、順磁、量熱分析、能譜分析，以及新興領域如組學分析、單分子單細胞分析、活體分析、微-納尺度分析等。

　    能源是人類賴以生存和發(fā)展的重要基礎，在國防和國民經濟建設中具有重要的戰(zhàn)略地位。化石能源大量消耗及其帶來的環(huán)境問題，使得探索和開發(fā)高效能源轉化技術以及尋找新型可再生能源成為當前能源科學的重要研究方向。能源分析是對能源儲存與轉換過程中存在的物種、能量轉化等的定性與定量分析測量，包括對能源材料、分子、離子、電子、質子等的實時動態(tài)監(jiān)測、成像分析及其轉變過程的原位研究，從而幫助理解能源轉化機制，促進能源高效轉化，推動能源科學的發(fā)展。首先，能源過程涉及物質與能量的轉化，而轉化效率的評價離不開化學測量學對轉化前后物質與能量的精確測量。其次，能源過程涉及多種物理、化學過程的耦合，其轉化機制尚不清晰，極大地限制了高效能源材料與器件的開發(fā)。化學測量學可對能源體系中瞬息萬變的組成、分布、能量狀態(tài)進行實時測量，捕獲活性位點、反應中間物甚至是電子結構信息，獲取其演化規(guī)律，為系統(tǒng)深入認識能源過程的化學本質提供重要的支撐。

 　　能源轉化過程往往發(fā)生在很短的時間范圍內，導致待測量的物質具有壽命極短、濃度極低等特點，且尺度變化大(從亞納米到米級)、相數多(氣、液、固等)、組成復雜多變、受光/電等多種外場影響顯著。

 　　同時，新型能源材料與器件不斷涌現。因此，能源體系的測量，給化學測量學帶來巨大挑戰(zhàn)，亟需發(fā)展適用于能源體系的高靈敏、高時空分辨測量方法，研制面向能源體系的新型分析儀器與裝置，實時原位監(jiān)測不同尺度、不同相界面、不同材料表面能源過程的動態(tài)變化，從而揭示能源過程的分子作用機制，為高效能源材料與器件的設計和開發(fā)提供測量方法與技術。