轉(zhuǎn)自：化學(xué)理論與機(jī)制發(fā)展規(guī)劃概述

化學(xué)理論與機(jī)制的學(xué)科內(nèi)涵

化學(xué)理論與機(jī)制是化學(xué)科學(xué)的理論基礎(chǔ)，其根本任務(wù)是研究化學(xué)科學(xué)中的基本原理，揭示化學(xué)反應(yīng)及其相關(guān)過程的機(jī)制和基本規(guī)律,并為其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展提供基礎(chǔ)理論支撐

化學(xué)理論與機(jī)制是化學(xué)科學(xué)的一個(gè)重要學(xué)科領(lǐng)域,它借助物理、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)理論及其提供的實(shí)驗(yàn)手段,研究化學(xué)科學(xué)中的基本原理和化學(xué)體系中一般的宏觀、微觀規(guī)律,承擔(dān)著建立和發(fā)展新的化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)方法,揭示化學(xué)反應(yīng)及其相關(guān)過程的機(jī)制和基本規(guī)律的重要任務(wù).

化學(xué)理論與機(jī)制領(lǐng)域包含以下方向:理論與計(jì)算化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)、結(jié)構(gòu)化學(xué)、光化學(xué)與光譜學(xué)、化學(xué)反應(yīng)機(jī)制、高分子物理與高分子物理化學(xué),以及化學(xué)信息學(xué).該領(lǐng)域是整個(gè)化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ).

化學(xué)理論與機(jī)制領(lǐng)域的發(fā)展規(guī)律

(1)基于數(shù)學(xué)、物理和計(jì)算科學(xué),建立各種理論與計(jì)算方法,探討原子、分子、分子聚集體以及凝聚相的一般規(guī)律,闡明物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其相互關(guān)系.通過理論計(jì)算與模擬,獲得化學(xué)問題的微觀至宏觀諸層次的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)信息,使越來越多的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象通過計(jì)算機(jī)模擬手段重現(xiàn),從而被正確地認(rèn)識(shí)和理解;同時(shí),通過提出新的概念和方法,對(duì)未知的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)起到預(yù)測(cè)和指導(dǎo)作用

(2)通過實(shí)驗(yàn)手段,觀察物質(zhì)的宏觀結(jié)構(gòu)、表征微觀結(jié)構(gòu)、測(cè)定物質(zhì)的性質(zhì)、跟蹤化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過程,從原子分子層次上研究物質(zhì)靜態(tài)結(jié)構(gòu)及反應(yīng)變化動(dòng)態(tài)過程的本質(zhì)與規(guī)律,搭建從微觀到宏觀、從物理學(xué)基本規(guī)律到復(fù)雜化學(xué)過程之間的橋梁.

(3)該學(xué)科總的發(fā)展趨勢(shì)是從一般鍵合分子擴(kuò)展到精準(zhǔn)鍵合分子及非化學(xué)計(jì)量化合物;從單個(gè)原子、分子體系到大分子、聚集體和凝聚相體系;從穩(wěn)態(tài)、基態(tài)到瞬態(tài)、激發(fā)態(tài);從靜態(tài)結(jié)構(gòu)到動(dòng)態(tài)行為;從對(duì)氣、液、固三種聚集態(tài)擴(kuò)展到各種分散態(tài);從對(duì)化學(xué)過程的宏觀控制(如溫度、壓強(qiáng)等),發(fā)展到對(duì)分子、原子、電子以及量子態(tài)的微觀調(diào)控;從一般條件下的化學(xué)過程到極端條件下(超高溫、超高壓、超低溫、無重力)的化學(xué)過程研究;從定性描述到定量分析;從抽象的原理模型建立到面向真實(shí)體系.

化學(xué)理論與機(jī)制領(lǐng)域的研究已經(jīng)滲透到化學(xué)科學(xué)的各個(gè)分支,初步建立和發(fā)展了能夠解決生命、能源、材料、環(huán)境等交叉領(lǐng)域中基礎(chǔ)科學(xué)問題的理論工具.化學(xué)理論方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展奠定了分子科學(xué)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),對(duì)化學(xué)科學(xué)各個(gè)分支的發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用.

化學(xué)理論與機(jī)制領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀

(1)理論方法得到充分發(fā)展,計(jì)算精度和計(jì)算能力不斷提高。

化學(xué)理論與機(jī)制的研究很大程度上依賴于理論方法的發(fā)展.理論化學(xué)自上世紀(jì)中期以來取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展,主要表現(xiàn)在分子軌道理論、電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)、軌道對(duì)稱守恒、非平衡統(tǒng)計(jì)力學(xué)、分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)等理論方法的建立.隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高,理論化學(xué)又得到了進(jìn)一步發(fā)展.目前,理論化學(xué)可以在1kcal/mol精度上計(jì)算體系能量,高精度的電子結(jié)構(gòu)理論和動(dòng)力學(xué)方法可以描述復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程,提供豐富的微觀信息.同時(shí),傳統(tǒng)的理論與計(jì)算化學(xué)方法正在逐漸與化學(xué)信息學(xué)方法相融合.例如,預(yù)測(cè)某一個(gè)體系的性質(zhì),我們可以通過基于量子力學(xué)基本原理的方法進(jìn)行從頭算,也可以通過大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)來預(yù)測(cè).目前理論與實(shí)驗(yàn)的結(jié)合日趨緊密,可相互印證、相互促進(jìn).理論不只停留在簡(jiǎn)單解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,而是已經(jīng)逐漸深入到預(yù)測(cè)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能,指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的階段.

(2)實(shí)驗(yàn)方法的發(fā)展、儀器設(shè)備的更新,極大地提升了科研水平.

化學(xué)理論與機(jī)制領(lǐng)域的特點(diǎn)是在原子分子微觀層次上研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)過程,在此基礎(chǔ)上分析、預(yù)測(cè)并調(diào)控物質(zhì)的宏觀性質(zhì)和功能,因此非常依賴于“動(dòng)態(tài)原位”的實(shí)驗(yàn)方法、技術(shù)和儀器.目前我國(guó)越來越多的實(shí)驗(yàn)室擁有了先進(jìn)的商用測(cè)量設(shè)備,極大地提升了科研水平;國(guó)內(nèi)外大型科學(xué)設(shè)備,如同步輻射光源、自由電子激光、極端條件物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)等的發(fā)展和建設(shè)以及在化學(xué)及其相關(guān)學(xué)科中的不斷應(yīng)用,為化學(xué)理論與機(jī)制領(lǐng)域的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究提供了良好平臺(tái),已經(jīng)初步培養(yǎng)了一批訓(xùn)練有素、能夠嫻熟綜合利用這些平臺(tái)的科學(xué)家;理論計(jì)算方法的快速發(fā)展和普及也有利于進(jìn)一步理解和闡釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果,促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)科學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展.

(3)理論方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,使得物質(zhì)結(jié)構(gòu)的圖像越來越清晰.

物質(zhì)結(jié)構(gòu)是化學(xué)理論與機(jī)制研究的基礎(chǔ).原子結(jié)構(gòu)理論近年來取得了飛速發(fā)展,我們已經(jīng)從猜測(cè)結(jié)構(gòu)時(shí)代逐步進(jìn)入了自動(dòng)搜索結(jié)構(gòu)時(shí)代.早期在理論上研究分子或者材料體系的結(jié)構(gòu),需給出初始結(jié)構(gòu)猜測(cè),然后分別計(jì)算出能量或者某些特定的性質(zhì),最后通過比較能量高低或與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比來給出可能的結(jié)構(gòu).隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,目前的算法已經(jīng)可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)的自動(dòng)搜索,例如粒子群算法、勢(shì)能面隨機(jī)行走算法等.通過全局搜索,計(jì)算機(jī)有很大的幾率能夠自動(dòng)找到體系的原子結(jié)構(gòu).儀器分析手段以及實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展也為結(jié)構(gòu)的確定提供了有力的支持和保障,從小分子到納米、團(tuán)簇、生命物質(zhì);從晶體到單分子、準(zhǔn)晶、微晶粉末甚至非晶態(tài)物質(zhì);從基態(tài)結(jié)構(gòu)到表面、缺陷、激發(fā)態(tài)、過渡態(tài)結(jié)構(gòu),針對(duì)復(fù)雜化合物、復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)體系、超分子自組裝體系,結(jié)構(gòu)化學(xué)領(lǐng)域在不斷創(chuàng)新著“看清”物質(zhì)結(jié)構(gòu)的思路和技術(shù).目前,結(jié)構(gòu)化學(xué)與合成化學(xué)之間呈現(xiàn)出良好的互動(dòng)與促進(jìn)作用,直接指導(dǎo)特定結(jié)構(gòu)的定向合成及性能調(diào)控.同時(shí)與生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、催化化學(xué)、材料化學(xué)、原子物理與化學(xué)等學(xué)科也有實(shí)質(zhì)性的交叉融合,展現(xiàn)出共同發(fā)展的良好態(tài)勢(shì).

(4)理論與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合,架起了認(rèn)識(shí)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性質(zhì)的橋梁.

化學(xué)熱力學(xué)是物理化學(xué)的重要分支學(xué)科之一,它架起了從微觀理論到宏觀性質(zhì)的橋梁.依據(jù)體系的宏觀可測(cè)性質(zhì)和熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系可判斷體系的穩(wěn)定性、變化趨勢(shì)以及變化程度.隨著實(shí)驗(yàn)儀器與技術(shù)的發(fā)展,熱力學(xué)性質(zhì)的測(cè)量越來越精確.理論上,對(duì)于簡(jiǎn)單體系,諧振子近似模型未失效的情況下,熱力學(xué)性質(zhì)可以被精確計(jì)算;對(duì)于復(fù)雜體系,則需采用分子模擬進(jìn)行相空間采樣,這亟需發(fā)展高效的增強(qiáng)采樣技術(shù)才能得到收斂的熱力學(xué)性質(zhì).由于熱力學(xué)性質(zhì)的重要性,基于理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量所得到的熱力學(xué)數(shù)據(jù),目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)建立起一批針對(duì)分子、材料以及生物體系的熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù).這些數(shù)據(jù)庫(kù)在化學(xué)信息學(xué)以及基于人工智能和大數(shù)據(jù)的化學(xué)研究中將起到越來越重要的作用.除了熱力學(xué)性質(zhì),近年來包括光、電、力、磁在內(nèi)的其他性質(zhì)與化學(xué)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系也越來越清晰.在對(duì)這些性質(zhì)的研究中,新的理論與機(jī)制不斷被發(fā)掘.在研究物質(zhì)性質(zhì)的過程中,提出了新概念、新機(jī)制,為化學(xué)乃至材料等其他科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供了新動(dòng)力

(5)激發(fā)態(tài)的研究使得化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)涵更為豐富.

相對(duì)于熱化學(xué)反應(yīng),光化學(xué)反應(yīng)具有可控性強(qiáng)、選擇性高、反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn).目前,光化學(xué)與光譜學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、材料科學(xué)和生命科學(xué)等學(xué)科交叉融合,產(chǎn)生了許多新興前沿研究領(lǐng)域.基于超快光譜技術(shù)可以研究實(shí)時(shí)化學(xué)反應(yīng)過程;空間分辨與時(shí)間分辨相結(jié)合的光譜技術(shù)可實(shí)現(xiàn)從單分子到超分子體系、生命大分子體系、微納米結(jié)構(gòu)等不同層次的光化學(xué)及其過程研究.各類新型有機(jī)、無機(jī)和有機(jī)/無機(jī)復(fù)合體系以及納米結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展也為光化學(xué)和光譜學(xué)研究提供了新的研究對(duì)象,形成了新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn).光化學(xué)和光譜學(xué)的研究成果不斷應(yīng)用于現(xiàn)代高技術(shù)領(lǐng)域,促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展.

(6)各類化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程及反應(yīng)機(jī)制逐步被揭示.

化學(xué)科學(xué)研究的核心是化學(xué)反應(yīng).化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)聚焦于化學(xué)反應(yīng)的理論與機(jī)制.目前,化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)研究的對(duì)象已經(jīng)從簡(jiǎn)單的氣相體系擴(kuò)展到更復(fù)雜的體系,如與大氣、燃燒、表面、生物等學(xué)科緊密相關(guān)的復(fù)雜體系,為與能源、環(huán)境等科學(xué)技術(shù)相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)過程的研究提供了重要的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ).同時(shí),化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)的研究已經(jīng)逐漸深入到了原子、分子以及精細(xì)量子態(tài)的層次;分子動(dòng)態(tài)過程的研究已由基態(tài)的動(dòng)態(tài)學(xué)擴(kuò)展到了激發(fā)態(tài)的動(dòng)態(tài)學(xué);化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)理論研究也由單勢(shì)能面的絕熱動(dòng)態(tài)學(xué)深入到了多勢(shì)能面的非絕熱動(dòng)態(tài)學(xué);反應(yīng)過程時(shí)間尺度的研究也開始從微秒、納秒走向飛秒、阿秒;以新一代波長(zhǎng)可調(diào)諧極紫外自由電子激光為基礎(chǔ)的新動(dòng)態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)方法的大力發(fā)展也極大地推動(dòng)了化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的發(fā)展.化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)在過去的幾十年中取得一系列重大成就,不斷揭示各類化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì).我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展對(duì)于復(fù)雜體系中化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究也有了越來越大的需求.例如,燃燒化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)的研究涉及到高激發(fā)態(tài)反應(yīng)過渡態(tài)的動(dòng)態(tài)學(xué),該研究已經(jīng)成為我國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)高技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要基礎(chǔ);化學(xué)激光研究也需要化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)基礎(chǔ)研究作為支撐;大氣霧霾化學(xué)的研究同樣離不開復(fù)雜分子化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)的研究.總之,化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)正在逐漸成為化學(xué)學(xué)科中一個(gè)非常重要且高度活躍的研究領(lǐng)域.

(7)對(duì)高分子等復(fù)雜體系的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為的研究得到了深入開展.

高分子體系是一類比較復(fù)雜的體系.由于高分子鏈單元之間較強(qiáng)的共價(jià)鍵作用,高分子表現(xiàn)出較大的空間尺度關(guān)聯(lián)性和較寬的時(shí)間松弛譜,導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)演化的動(dòng)力學(xué)行為極其復(fù)雜.若要從分子層面理解高分子體系的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)行為,尚需結(jié)合凝聚態(tài)物理理論和應(yīng)用數(shù)學(xué)理論,這極具挑戰(zhàn).目前,我國(guó)在高分子物理與高分子物理化學(xué)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)方向是高分子結(jié)晶和高分子自組裝研究,已形成了一支較強(qiáng)的研究隊(duì)伍,而高分子流變和聚電解質(zhì)研究方向則較為薄弱.

學(xué)科發(fā)展存在的問題

(1)理論與算法的發(fā)展略顯薄弱.

理論化學(xué)可以對(duì)化學(xué)直覺概念進(jìn)行嚴(yán)格微觀證明,針對(duì)不同的體系通過建立模型進(jìn)行近似的模擬,因此理論與算法的發(fā)展對(duì)整個(gè)學(xué)科的發(fā)展起著關(guān)鍵作用.但是,目前理論和算法并不完善,仍有一些復(fù)雜體系的分子結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)行為、反應(yīng)過程、物質(zhì)性質(zhì)的計(jì)算模擬達(dá)不到理想效果,主要包括:強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系、電子激發(fā)態(tài)理論、多原子反應(yīng)體系高精度勢(shì)能面構(gòu)造方法和精確量子動(dòng)態(tài)學(xué)理論方法、針對(duì)大分子和凝聚相體系的低標(biāo)度有效算法、描述小體系和受限體系漲落效應(yīng)的新方法、復(fù)雜體系熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)計(jì)算的高效采樣方法、生命過程和化學(xué)反應(yīng)的非平衡統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論等等.針對(duì)以上問題的理論和方法有待進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展.近些年我國(guó)在理論和算法方面已取得相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展,國(guó)內(nèi)理論科學(xué)家也發(fā)展了自己的算法,解決了一些關(guān)鍵問題并得到認(rèn)可和廣泛使用,在國(guó)際上已占有一席之地.但即便如此,算法與程序開發(fā)仍然是我國(guó)理論化學(xué)與計(jì)算化學(xué)的一大短板,需要繼續(xù)加強(qiáng)這方面的積累.

(2)人工智能技術(shù)在理論化學(xué)中的應(yīng)用還不成熟.

大數(shù)據(jù)時(shí)代人工智能的發(fā)展已勢(shì)不可擋.正確地將人工智能技術(shù)引入到理論與計(jì)算化學(xué)領(lǐng)域不僅可以顯著提高計(jì)算效率,而且有可能突破理論化學(xué)的瓶頸,解決目前理論所解決不了的難題.當(dāng)然,目前人工智能在化學(xué)中的研究尚處于起步階段,存在諸多問題,主要包括:作為人工智能的基礎(chǔ),已有的數(shù)據(jù)庫(kù)體系還缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),很多急需的數(shù)據(jù)庫(kù)完全空白;針對(duì)化學(xué)研究的機(jī)器學(xué)習(xí)算法還沒有系統(tǒng)化發(fā)展;人工智能時(shí)代的理論化學(xué)語言沒有形成;已有的人工智能在化學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用還需進(jìn)一步測(cè)試和完善;同時(shí),在基于人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)分子合成路徑的高效自動(dòng)設(shè)計(jì)、高效藥物研發(fā)、功能材料設(shè)計(jì)、譜圖解析等應(yīng)用方面,也還需要加強(qiáng)并取得更多的突破.

(3)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型通用計(jì)算化學(xué)軟件仍然空白.

計(jì)算軟件是理論化學(xué)家眼中的重大儀器,是理論化學(xué)發(fā)展必不可少的工具.目前在國(guó)際上被廣泛應(yīng)用的理論化學(xué)軟件幾乎全部由國(guó)外開發(fā),而我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型通用計(jì)算軟件幾乎空白[2].目前,我國(guó)的硬件技術(shù)已飛速發(fā)展,自主研發(fā)的超算功能處于世界領(lǐng)先地位.可是國(guó)外的軟件卻與我國(guó)的超算集群硬件無法兼容,導(dǎo)致我國(guó)的硬件資源極度浪費(fèi).同時(shí),由于沒有自主研發(fā)的軟件,我國(guó)科學(xué)家自己的理論方法也無法得到快速推廣.此外,在目前嚴(yán)峻的中美貿(mào)易戰(zhàn)形勢(shì)下,國(guó)外隨時(shí)可能會(huì)對(duì)中國(guó)形成技術(shù)封鎖和軟件出口管控.一旦離開現(xiàn)有計(jì)算化學(xué)軟件,我國(guó)理論化學(xué)家將舉步維艱.因此,在理論方法發(fā)展的同時(shí),迫切需要不計(jì)代價(jià)進(jìn)行軟件開發(fā),爭(zhēng)取有一套我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、具備通用計(jì)算化學(xué)功能、可替代現(xiàn)有國(guó)外商業(yè)計(jì)算軟件的大型通用計(jì)算化學(xué)軟件.該軟件的開發(fā)將直接面向我國(guó)自主研發(fā)的新超算框架,并吸納我國(guó)科學(xué)家自己發(fā)展的理論方法.

(4)理論研究沒有充分發(fā)揮預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的作用.

理論研究通?；谝欢ǖ募僭O(shè)和近似,理論模型是對(duì)實(shí)際體系的抽象與簡(jiǎn)化.因此,理論和實(shí)驗(yàn)之間往往存在著一條鴻溝.一方面,由于理論發(fā)展的不完善和計(jì)算能力的限制,目前的理論研究經(jīng)常會(huì)存在模型過度簡(jiǎn)化、對(duì)實(shí)際條件考慮不周全等問題,導(dǎo)致理論計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大偏差,無法對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)與指導(dǎo).另一方面,在復(fù)雜、極端的條件下,實(shí)驗(yàn)上要對(duì)復(fù)雜體系進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、原位表征也十分困難,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也存在不完整、不準(zhǔn)確的情況,從而使得理論與實(shí)驗(yàn)的相互驗(yàn)證變得更加困難.目前,理論分析對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的解釋已經(jīng)達(dá)到相當(dāng)好的水平,很大程度上幫助了實(shí)驗(yàn)科研人員對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有了更深層次的認(rèn)識(shí),形成了更好的物理圖像.但是,理論分析要想走到實(shí)驗(yàn)研究的前端,去預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,還有相當(dāng)大的困難.這需要計(jì)算能力的進(jìn)一步提升以及理論方法的進(jìn)一步發(fā)展.當(dāng)然,也離不開實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的提高.理論科學(xué)家要充分利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中分析、凝練,形成新的概念和理論,從而達(dá)到進(jìn)一步預(yù)測(cè)、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)的能力.只有理論、實(shí)驗(yàn)協(xié)同發(fā)展,才能相互融合,相互促進(jìn),并取得突破性的進(jìn)展.

(5) 兼具高空間、高時(shí)間以及高能量分辨的譜學(xué)與 成像技術(shù)有待提高 .?

高分辨的譜學(xué)與成像技術(shù)是化學(xué)反應(yīng)研究的保 證 . 目前在超高真空理想條件下 , 對(duì)化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)過 程進(jìn)行高空間、高時(shí)間、高能量分辨的全方位的譜學(xué) 和成像測(cè)量已經(jīng)成為可能 . 這使得我們能夠更加全面 深入地理解化學(xué)反應(yīng) . 但是 , 對(duì)一些復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)體 系的機(jī)理和動(dòng)態(tài)過程的研究 , 依然有點(diǎn)力不從心 . 需 要發(fā)展具備高時(shí)間、高空間、高能量分辨的譜學(xué)和成 像技術(shù) , 才能全面研究燃燒、大氣、化學(xué)激光、表面 催化等過程中重要化學(xué)反應(yīng)過程中的動(dòng)態(tài)學(xué)難題 .?

(6) 已有大科學(xué)裝置的有效利用仍需進(jìn)一步加強(qiáng) .

由國(guó)家自然科學(xué)基金委資助搭建的 “ 大連極紫外 相干光源 ” 已于 2018 年通過驗(yàn)收并投入運(yùn)行 , 這是基于 高增益諧波產(chǎn)生模式的、具有超高亮度和超快時(shí)間特 性的可調(diào)極紫外相干光源的綜合實(shí)驗(yàn)裝置 . 已建成的 大科學(xué)裝置應(yīng)該得到充分利用 , 要想讓極紫外相干光 源充分發(fā)揮作用 , 助力我國(guó)科技的發(fā)展 , 增強(qiáng)我國(guó)在 國(guó)際上的科學(xué)和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力 , 就應(yīng)該立足于把它應(yīng)用 于更多相關(guān)科學(xué)研究領(lǐng)域 , 如原子和分子的量子調(diào) 控、生物分子等體系的高靈敏探測(cè)以及其他復(fù)雜體系 過程的研究 . 因此探索、發(fā)展和研制能夠充分利用可 調(diào)極紫外相干光源的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的技術(shù) 和設(shè)備 , 顯得尤為重要 .?

(7) 對(duì)化學(xué)反應(yīng)體系的干預(yù)和主動(dòng)控制能力還不夠 .?

控制化學(xué)反應(yīng)的過程一直是化學(xué)家們夢(mèng)寐以求的 理想 . 控制化學(xué)反應(yīng)的方法可以分作被動(dòng)控制和主動(dòng) 控制 . 被動(dòng)控制是盡可能地制備處于適當(dāng)量子態(tài)上的 反應(yīng)物 , 再讓反應(yīng)體系按著自身的反應(yīng)特性自行反應(yīng) ; 主動(dòng)控制則不僅制備處于合適量子態(tài)上的反應(yīng)物分 子 , 而且在反應(yīng)過程中對(duì)反應(yīng)體系進(jìn)行干預(yù) , “ 引導(dǎo) ” 反 應(yīng)體系沿著人們希望的路徑和方向所進(jìn)行演化而生成 特定的產(chǎn)物 . 通過調(diào)控反應(yīng)物的量子態(tài)和在反應(yīng)過渡 態(tài)區(qū)域的量子態(tài)等手段來探索主動(dòng)和被動(dòng)控制化學(xué)反 應(yīng)的原理和方法 , 將使得人們對(duì)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué)過程 有更深入的認(rèn)識(shí) . 同時(shí) , 也會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué) 的規(guī)律和動(dòng)態(tài)學(xué)新現(xiàn)象 . 目前對(duì)化學(xué)反應(yīng)的控制仍處 于初級(jí)的階段 , 亟需進(jìn)一步加大反應(yīng)機(jī)理的研究 , 并 發(fā)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)手段 , 以達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)的能力 , 促 進(jìn)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展

(8)自行研制儀器設(shè)備的能力亟待加強(qiáng).

先進(jìn)科學(xué)儀器設(shè)備對(duì)化學(xué)科學(xué)的發(fā)展起著舉足輕重的作用.目前我國(guó)諸多實(shí)驗(yàn)室都已配備了進(jìn)口的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器,但是我國(guó)科學(xué)家自行研制的原創(chuàng)性精準(zhǔn)化、微型化、智能化的科學(xué)儀器設(shè)備少之又少.盡管我國(guó)科研人員在分子設(shè)計(jì)、藥物合成、材料制備等方面具有較大的優(yōu)勢(shì),但是儀器設(shè)備的研制方面仍然是短板.與計(jì)算化學(xué)軟件類似,目前我國(guó)的科研設(shè)備多為商業(yè)產(chǎn)品或部件集成,面臨進(jìn)口管控、技術(shù)封鎖等方面的極大風(fēng)險(xiǎn).因此,在儀器設(shè)備的研制方面亟待加強(qiáng).

(9)原創(chuàng)性、引領(lǐng)性的工作仍然偏少.

化學(xué)理論與機(jī)制研究關(guān)注實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后深層次的機(jī)理,尤其要注重工作的原創(chuàng)性、引領(lǐng)性.目前,我國(guó)在這方面的研究中也提出了一些原創(chuàng)性的概念和機(jī)理,例如雙極磁性半導(dǎo)體、聚集誘導(dǎo)發(fā)光等.但是,仍然還有很多研究屬于熱點(diǎn)追蹤,太多重復(fù)性工作,缺乏原創(chuàng)性和引領(lǐng)性.今后需要加強(qiáng)對(duì)機(jī)理的深入研究,在深刻理解機(jī)理的基礎(chǔ)上,進(jìn)行原始創(chuàng)新,提出新概念、新機(jī)理,創(chuàng)制新儀器.

(10)既懂理論研究又懂實(shí)驗(yàn)研究的高水平復(fù)合型創(chuàng)新人才隊(duì)伍建設(shè)亟需加強(qiáng).

想要從原子尺度理解實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的科學(xué)本質(zhì)問題,需要將理論研究與實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合起來.理論科學(xué)家與實(shí)驗(yàn)科學(xué)家之間需要有共同的語言,形成良好的溝通,才能針對(duì)某個(gè)共同的科學(xué)問題,協(xié)同攻關(guān).然而,理論科學(xué)家和實(shí)驗(yàn)科學(xué)家在很多情況下并不能形成良好的溝通,相互之間不能理解對(duì)方的專業(yè)語言.實(shí)驗(yàn)研究人員不懂理論框架,而理論研究人員又不熟悉實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)條件,形成了理論與實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)重脫節(jié),最終可能直接導(dǎo)致對(duì)實(shí)驗(yàn)機(jī)理的錯(cuò)誤理解,更談不上利用理論預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn).目前,大部分研究人員是僅懂理論或僅懂實(shí)驗(yàn)的單一型人才.為此,我們今后需要更加注重培養(yǎng)既懂理論又懂實(shí)驗(yàn)的高水平復(fù)合型創(chuàng)新人才,真正地促進(jìn)理論與實(shí)驗(yàn)相互配合,相互促進(jìn).

學(xué)科的發(fā)展目標(biāo)

4.1發(fā)展理論模型與高效算法,實(shí)現(xiàn)理論預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

發(fā)展高效的高精度電子結(jié)構(gòu)算法和動(dòng)力學(xué)模型,提高計(jì)算精度和效率,為實(shí)驗(yàn)研究提供更豐富的微觀信息,使得理論結(jié)果具有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)性,實(shí)現(xiàn)對(duì)大分子、聚集體等復(fù)雜體系的結(jié)構(gòu)、動(dòng)力學(xué)行為、反應(yīng)過程等的理論預(yù)測(cè),以及分子水平上的功能材料設(shè)計(jì)、藥物設(shè)計(jì)、材料合成等實(shí)驗(yàn)的理論指導(dǎo).

具體的理論方法包括:(1)發(fā)展新的電子結(jié)構(gòu)理論及交換關(guān)聯(lián)泛函,精確描述電子激發(fā)態(tài)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子體系;(2)針對(duì)大分子和凝聚相體系發(fā)展低標(biāo)度的高效電子結(jié)構(gòu)算法;(3)針對(duì)高維和凝聚相體系發(fā)展量子動(dòng)力學(xué)方法以及多尺度動(dòng)力學(xué)理論;(4)針對(duì)高分子鏈狀結(jié)構(gòu)特點(diǎn),發(fā)展系統(tǒng)的理論方法,解決自組裝、鏈折疊、鏈纏結(jié)、玻璃化轉(zhuǎn)變和非線性流變等問題.(5)發(fā)展用于描述小體系和受限體系漲落效應(yīng)以及環(huán)境耗散效應(yīng)的動(dòng)力學(xué)新方法;(6)發(fā)展針對(duì)多勢(shì)能面的非絕熱過程、激發(fā)態(tài)反應(yīng)、表面化學(xué)反應(yīng)等的動(dòng)態(tài)學(xué)方法;(7)針對(duì)復(fù)雜體系發(fā)展高效率的采樣方法、非平衡統(tǒng)計(jì)力學(xué)理論;(8)針對(duì)復(fù)雜體系、極端條件體系以及具有特殊相互作用體系,發(fā)展化學(xué)熱力學(xué)研究方法和理論,揭示體系熱力學(xué)性質(zhì)與分子間相互作用以及微觀結(jié)構(gòu)間的內(nèi)在聯(lián)系.

4.2實(shí)現(xiàn)人工智能時(shí)代大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究新范式

人工智能時(shí)代大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究新范式在化學(xué)研究中將扮演重要的角色.為此,需要將人工智能真正融入到理論計(jì)算的新模型中,以大數(shù)據(jù)為前提,結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)和數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù),發(fā)展新方法、新理論,指導(dǎo)化學(xué)合成、材料優(yōu)化與設(shè)計(jì)、新藥物開發(fā)等研究.力圖基于人工智能技術(shù),提高電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和分子模擬的效率;產(chǎn)生高精度的勢(shì)函數(shù)庫(kù);輔助材料設(shè)計(jì);促進(jìn)新反應(yīng)的發(fā)現(xiàn);大幅提高化學(xué)合成效率;實(shí)現(xiàn)基于人工智能技術(shù)的新藥前期開發(fā)等等.

預(yù)期實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)包括:(1)人工智能技術(shù)在合成反應(yīng)研究模式中的有效應(yīng)用;(2)人工智能在生物活性小分子和標(biāo)靶確證中的應(yīng)用;(3)基于人工智能的復(fù)雜化學(xué)體系中的機(jī)理發(fā)現(xiàn),(4)構(gòu)建與發(fā)展人工智能時(shí)代化學(xué)語言;(5)人工智能驅(qū)動(dòng)的化學(xué)領(lǐng)域高效計(jì)算方法的發(fā)展;(6)人工智能時(shí)代數(shù)據(jù)體系標(biāo)準(zhǔn)的建立;(7)基于人工智能的譜圖解析.

4.3開發(fā)具有國(guó)際領(lǐng)先水平的我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的理論化學(xué)程序包

計(jì)算軟件是理論化學(xué)的重大儀器,是理論化學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ).需要針對(duì)我國(guó)超算體系的硬件架構(gòu),開發(fā)由我國(guó)主導(dǎo)的具有國(guó)際領(lǐng)先水平且能被國(guó)內(nèi)外同行廣泛應(yīng)用的理論化學(xué)程序包.該程序包將包含電子結(jié)構(gòu)計(jì)算和動(dòng)力學(xué)計(jì)算兩部分.軟件開發(fā)過程中使用已有理論的同時(shí),也將納入我國(guó)學(xué)者提出的新理論新方法.主要目標(biāo):構(gòu)建具有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的、適應(yīng)新一代硬件發(fā)展的、可擴(kuò)展的通用計(jì)算科學(xué)軟件包,軟件性能至少與同類型的商業(yè)軟件功能相當(dāng),且具有如下特色:(1)結(jié)合大數(shù)據(jù)和人工智能算法,實(shí)現(xiàn)計(jì)算效率的大幅度提升;(2)針對(duì)我國(guó)自主研發(fā)的超算硬件設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化,充分釋放國(guó)產(chǎn)超算的計(jì)算潛力;(3)基于分布式計(jì)算的核心代碼實(shí)現(xiàn),充分發(fā)揮CPU和GPU的并行潛力;(4)模塊化設(shè)計(jì),具有高度可擴(kuò)展性;(5)通用的用戶接口,便于進(jìn)行前處理、后處理及二次開發(fā);(6)針對(duì)我國(guó)用戶的需求進(jìn)行開發(fā),為我國(guó)化學(xué)家的理論方法提供實(shí)現(xiàn)平臺(tái);(7)在軟件開發(fā)的同時(shí)培養(yǎng)造就一批具有軟件開發(fā)能力的理論化學(xué)家.

4.4發(fā)展實(shí)驗(yàn)新方法、新技術(shù),研制新儀器

化學(xué)理論與機(jī)制領(lǐng)域一方面要鞏固已有的優(yōu)勢(shì)領(lǐng)域,另一方面還要通過新方法、新技術(shù)的發(fā)展和新儀器的研制,不斷開拓新的研究領(lǐng)域,推動(dòng)該學(xué)科向更深入的方向發(fā)展.新方法、新技術(shù)的發(fā)展和新儀器的研制包括:

(1)發(fā)展基于先進(jìn)光源等大科學(xué)裝置的高靈敏度和高時(shí)間分辨的實(shí)驗(yàn)探測(cè)技術(shù),進(jìn)一步提高我國(guó)的化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)研究水平.

(2)發(fā)展高空間、高時(shí)間以及高能量分辨的譜學(xué)與成像技術(shù)、交叉分子束-里德堡態(tài)氫原子飛行時(shí)間譜和超高分辨交叉分子束-離子速度成像等高分辨實(shí)驗(yàn)技術(shù),以及從超快時(shí)間尺度上跟蹤觀測(cè)激發(fā)態(tài)反應(yīng)過程的飛秒時(shí)間分辨的先進(jìn)激光光譜技術(shù),進(jìn)一步推動(dòng)新的譜學(xué)與成像先進(jìn)技術(shù)在化學(xué)反應(yīng)過程與機(jī)理研究中的應(yīng)用.

(3)發(fā)展化學(xué)熱力學(xué)研究的先進(jìn)科學(xué)儀器,推動(dòng)原創(chuàng)性精準(zhǔn)化、微型化、智能化的專門熱力學(xué)與熱分析科學(xué)儀器、熱力學(xué)與波譜等其它技術(shù)聯(lián)用儀器的研制.

(4)開發(fā)針對(duì)實(shí)時(shí)/原位反應(yīng)、表界面過程、動(dòng)態(tài)/瞬態(tài)/過渡態(tài)結(jié)構(gòu)、分子間弱作用力、單分子/單顆粒/團(tuán)簇與復(fù)雜體系的結(jié)構(gòu)表征、高分辨識(shí)別等新型物化性質(zhì)研究、測(cè)試的方法,研發(fā)各種新型的多功能組合型儀器.

4.5面向材料、能源、環(huán)境、生命等領(lǐng)域中的關(guān)鍵應(yīng)用,發(fā)展新理論,提出新機(jī)制

針對(duì)材料、能源、環(huán)境、生命等領(lǐng)域中的特殊關(guān)鍵問題,建立新模型,提出新概念和新思想,解決材料、能源、環(huán)境等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域中的實(shí)際問題,取得突破性進(jìn)展.具體包括:

(1)理論計(jì)算為催化、合成、材料、生命、能源、環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供理論指導(dǎo).

(2)化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)研究對(duì)象從簡(jiǎn)單的氣相體系擴(kuò)展到與大氣、燃燒、表面、生物等學(xué)科緊密相關(guān)的重要體系,為與能源和環(huán)境等重要科學(xué)技術(shù)相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)過程的研究提供重要的實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ).

(3)利用光物理和光化學(xué)原理,設(shè)計(jì)新型激發(fā)態(tài)光氧化還原體系,促進(jìn)特殊化學(xué)鍵的生成或斷裂,高效制備新功能分子.

(4)基于有機(jī)、無機(jī)、有機(jī)/無機(jī)雜化材料及生物體系,研究太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)化和光化學(xué)轉(zhuǎn)化的光物理和光化學(xué)機(jī)制,及光催化分解水制氫、光催化二氧化碳還原、固氮等方面的反應(yīng)原理、物理化學(xué)過程,并系統(tǒng)研究激發(fā)態(tài)的產(chǎn)生與衰減、激發(fā)態(tài)能量轉(zhuǎn)換與傳輸、電荷的分離、遷移及復(fù)合等基本過程.

(5)針對(duì)生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和國(guó)家安全需求,發(fā)展新型發(fā)光探針和示蹤成像材料,包括長(zhǎng)波長(zhǎng)發(fā)光探針,多光子、光聲、光熱成像等,并對(duì)其原理和檢測(cè)技術(shù)開展研究.

(6)通過對(duì)軟物質(zhì)非線性響應(yīng)的動(dòng)力學(xué)行為的基礎(chǔ)研究,深入理解生命體的復(fù)雜現(xiàn)象,為疾病防控等的研究提供分子層面的理論指導(dǎo).

4.6提前布局面向量子計(jì)算的理論化學(xué)新方向

量子計(jì)算是一種遵循量子力學(xué)規(guī)律調(diào)控量子信息單元進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式,將有可能使未來的計(jì)算能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過今天的計(jì)算能力.但是目前仍然有很多障礙,例如,如何實(shí)現(xiàn)保持足夠多量子比特的長(zhǎng)時(shí)間相干,同時(shí)在這段時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)足夠多的具有高精度的量子邏輯操作.另外,面向量子計(jì)算機(jī)的發(fā)展需要開發(fā)針對(duì)電子結(jié)構(gòu)理論等的量子算法.量子計(jì)算機(jī)具有與經(jīng)典計(jì)算機(jī)完全不同的結(jié)構(gòu),其基本信息單元為量子比特.所有現(xiàn)在面向經(jīng)典計(jì)算機(jī)的理論化學(xué)算法都需要重新設(shè)計(jì)成量子計(jì)算機(jī)算法,利用量子糾纏特性,實(shí)現(xiàn)計(jì)算性能的巨大提升.

學(xué)科的優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域

5.1大數(shù)據(jù)時(shí)代理論化學(xué)方法的發(fā)展與應(yīng)用

(1)基于人工智能技術(shù)的理論化學(xué)方法的發(fā)展;(2)面向量子計(jì)算的理論化學(xué)方法的發(fā)展;(3)面向真實(shí)環(huán)境和復(fù)雜體系模擬的理論化學(xué)方法的發(fā)展;(4)理論化學(xué)新方法在催化、能源、材料、生物、環(huán)境等多種復(fù)雜體系中的實(shí)際應(yīng)用.

5.2新超算構(gòu)架下的計(jì)算化學(xué)軟件的開發(fā)與應(yīng)用

(1)基于我國(guó)新超算構(gòu)架下的電子結(jié)構(gòu)和分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算化學(xué)軟件的開發(fā),實(shí)現(xiàn)我國(guó)計(jì)算化學(xué)軟件的從無到有,再到優(yōu);(2)針對(duì)真實(shí)環(huán)境和復(fù)雜系統(tǒng)模擬的計(jì)算化學(xué)應(yīng)用軟件的開發(fā);(3)新超算構(gòu)架下的計(jì)算化學(xué)軟件的測(cè)試及應(yīng)用.

5.3化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)態(tài)機(jī)理及調(diào)控

(1)基于極紫外相干光源的基元化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展;(2)兼具高空間、高時(shí)間以及高能量分辨的譜學(xué)與成像技術(shù)的發(fā)展 ; (3) 多原子反應(yīng)體系高精度勢(shì)能面構(gòu)造方法和精確 量子動(dòng)態(tài)學(xué)理論方法的發(fā)展 ; (4) 新技術(shù)、新方法在氣相分子、團(tuán)簇、凝聚相及 表界面等反應(yīng)動(dòng)態(tài)機(jī)理研究中的應(yīng)用 ; (5) 激發(fā)態(tài)動(dòng)態(tài)學(xué)及化學(xué)反應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)控 ; (6) 能源、材料、生命、環(huán)境、天文、國(guó)防等領(lǐng)域 的化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)研究 .?

5.4 光化學(xué)反應(yīng)過程、機(jī)理及應(yīng)用?

(1) 復(fù)雜體系中的光物理及光化學(xué)理論方法與實(shí)驗(yàn) 技術(shù) ; (2) 光功能材料的光物理過程與光化學(xué)機(jī)制 ; (3) 發(fā)光及光子學(xué)材料器件的光物理過程與譜學(xué) 研究 ; (4) 面向生物分子影像 (2D, 3D) 的光化學(xué)與光物理 過程研究 ; (5) 光化學(xué)反應(yīng)制備精細(xì)化學(xué)品與生物材料的新原 理與新應(yīng)用 .

?5.5 高分子的行為機(jī)制

?(1) 高分子理論模擬和表征的新方法與新技術(shù) ; (2) 從高分子單鏈到聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與動(dòng)力學(xué)的研究 ; (3) 高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的形成機(jī)制與調(diào)控 ; (4) 先進(jìn)高分子材料的構(gòu)效機(jī)制 ; (5) 高分子與信息、能源、環(huán)境、生命等交叉領(lǐng)域 的基礎(chǔ)研究 .?

5.6 化學(xué)熱力學(xué)理論、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用的新發(fā)展

?(1) 化學(xué)平衡、相平衡及非平衡態(tài)的理論與實(shí) 驗(yàn)研究 ; (2) 化學(xué)熱力學(xué)參數(shù)測(cè)量的新方法與新技術(shù) ; (3) 復(fù)雜體系的化學(xué)熱力學(xué)與微觀結(jié)構(gòu) ; (4) 生命、能源、材料、食品等復(fù)雜體系中的化學(xué) 熱力學(xué) .?

5.7 結(jié)構(gòu)化學(xué)

?(1) 結(jié)構(gòu)化學(xué)實(shí)驗(yàn)與理論研究新方法與新技術(shù) ; (2) 納微尺度與限域空間中結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)化研究和物 理化學(xué)行為調(diào)控 ; (3) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)表征的新方法與新技術(shù)(4)動(dòng)態(tài)、智能響應(yīng)與能量轉(zhuǎn)換

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