化學(xué)測量學(xué)“十四五”發(fā)展規(guī)劃概述

　　化學(xué)測量學(xué)是研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，確定物質(zhì)在不同狀態(tài)和演變過程中化學(xué)成分、含量、時(shí)空分布和相互作用的量測科學(xué)，旨在發(fā)展化學(xué)測量相關(guān)的原理、策略、方法與技術(shù)，研制各類分析儀器、裝置及相關(guān)軟件，以獲取物質(zhì)組成、分布、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的信息與時(shí)空變化規(guī)律。 　　化學(xué)測量學(xué)是化學(xué)的測量科學(xué)、方法和技術(shù)，是化學(xué)科學(xué)早、重要的發(fā)展分支之一。利用物質(zhì)間和物質(zhì)與各種力場間相互作用的原理、規(guī)律以及科學(xué)技術(shù)的成就，廣泛吸納和應(yīng)用所涉及的自然科學(xué)技術(shù)和人工智能數(shù)據(jù)提取方法，地獲取所需信息和有關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物質(zhì)化學(xué)成分、組成和結(jié)構(gòu)與其功能的認(rèn)知。通過與物理、生物、數(shù)學(xué)、材料、信息等相關(guān)學(xué)科的交叉與融合，化學(xué)測量學(xué)已經(jīng)形成自己的理論體系，并誕生了新的生長點(diǎn)和前瞻性研究方向:從傳統(tǒng)的容量分析發(fā)展到現(xiàn)代的儀器分析;從光譜、電化學(xué)、色譜、質(zhì)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(jī)、有機(jī)分析擴(kuò)展到生命過程化學(xué)信息的獲取;從常量、微量、痕量分析到單顆粒、單細(xì)胞、單分子、活體分析;從簡單物質(zhì)的鑒定、單一信號(hào)的獲取到復(fù)雜與生命體系的高通量檢測與海量數(shù)據(jù)挖掘。其他學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，不斷向化學(xué)測量學(xué)提出新的、更高的需求和挑戰(zhàn)，這對(duì)測量方法和檢測儀器的不斷進(jìn)步起到了積極的推動(dòng)作用。復(fù)雜生命過程、先進(jìn)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(zhì)信息和數(shù)據(jù)的獲取，使化學(xué)測量學(xué)步入新的發(fā)展時(shí)期。

 　　基金委化學(xué)測量學(xué)資助的研究涵蓋從宏觀到微觀復(fù)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(shù)，致力于拓寬現(xiàn)有技術(shù)在重大需求和重要科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。研究方向包括:樣品處理和分離、譜學(xué)方法理論及應(yīng)用、化學(xué)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(xué)、質(zhì)譜、核磁、順磁、量熱分析、能譜分析，以及新興領(lǐng)域如組學(xué)分析、單分子單細(xì)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(chǔ)，在國防和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要的戰(zhàn)略地位?；茉创罅肯募捌鋷淼沫h(huán)境問題，使得探索和開發(fā)高效能源轉(zhuǎn)化技術(shù)以及尋找新型可再生能源成為當(dāng)前能源科學(xué)的重要研究方向。能源分析是對(duì)能源儲(chǔ)存與轉(zhuǎn)換過程中存在的物種、能量轉(zhuǎn)化等的定性與定量分析測量，包括對(duì)能源材料、分子、離子、電子、質(zhì)子等的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測、成像分析及其轉(zhuǎn)變過程的原位研究，從而幫助理解能源轉(zhuǎn)化機(jī)制，促進(jìn)能源高效轉(zhuǎn)化，推動(dòng)能源科學(xué)的發(fā)展。首先，能源過程涉及物質(zhì)與能量的轉(zhuǎn)化，而轉(zhuǎn)化效率的評(píng)價(jià)離不開化學(xué)測量學(xué)對(duì)轉(zhuǎn)化前后物質(zhì)與能量的精確測量。其次，能源過程涉及多種物理、化學(xué)過程的耦合，其轉(zhuǎn)化機(jī)制尚不清晰，極大地限制了高效能源材料與器件的開發(fā)?；瘜W(xué)測量學(xué)可對(duì)能源體系中瞬息萬變的組成、分布、能量狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)測量，捕獲活性位點(diǎn)、反應(yīng)中間物甚至是電子結(jié)構(gòu)信息，獲取其演化規(guī)律，為系統(tǒng)深入認(rèn)識(shí)能源過程的化學(xué)本質(zhì)提供重要的支撐。

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

 　　同時(shí)，新型能源材料與器件不斷涌現(xiàn)。因此，能源體系的測量，給化學(xué)測量學(xué)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(shí)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(shí)時(shí)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(dòng)態(tài)變化，從而揭示能源過程的分子作用機(jī)制，為高效能源材料與器件的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供測量方法與技術(shù)。