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2025年度化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)

·Xolography（交叉光刻體積打印）

·Carbon dots（碳點）

·Nanochain biosensors（納米鏈基生物傳感器）

·Synthetic cells（合成細胞）

·Single atom catalysis（單原子催化）

·Thermogelling polymers（熱凝膠高分子）

·Additive manufacturing（增材制造）

·Multimodal foundation models for structure elucidation（用于結(jié)構(gòu)解析的多模態(tài)大模型）

·Direct air capture（直接空氣捕集）

·Electrochemical carbon capture and conversion（電化學碳捕集與轉(zhuǎn)化）

發(fā)布現(xiàn)場照片

此次發(fā)布旨在展示化學及化學家在可持續(xù)發(fā)展和人類福祉方面的戰(zhàn)略性與創(chuàng)新性貢獻，推動新興成果的商業(yè)化應用和技術(shù)轉(zhuǎn)移。本年度入選的技術(shù)涵蓋能夠應對氣候危機、推動可持續(xù)供應鏈轉(zhuǎn)型，以及為人類健康提供創(chuàng)新解決方案的前沿技術(shù)。

今年入選的技術(shù)中，“單原子催化”“納米鏈基生物傳感器”“合成細胞”“熱凝膠高分子”和“用于結(jié)構(gòu)解析的多模態(tài)大模型”等，均有來自中國科研團隊的工作貢獻。希望“化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)”的遴選與發(fā)布能引起中國科技界的廣泛關(guān)注、支持和參與。

自2019年起，以成立100周年為契機，IUPAC聯(lián)合包括中國化學會在內(nèi)的來自世界各個國家和地區(qū)的化學學術(shù)組織，共同發(fā)起“年度化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)”這一全球性活動，希望能在全世界范圍內(nèi)遴選出具有巨大潛力的創(chuàng)新技術(shù)，以此來改變當前的全球化學與工業(yè)界格局，推動實現(xiàn)聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標（SDG）。目前，已有70個技術(shù)入選IUPAC化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)，展示了化學領(lǐng)域創(chuàng)造力的多樣性與廣泛性。

2025年世界科技與發(fā)展論壇由中國科協(xié)主辦，論壇以“人工智能促進科技與發(fā)展”為主題，圍繞人工智能與未來產(chǎn)業(yè)、綠色技術(shù)改造提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、醫(yī)工融合下的同一健康新范式、開放科學與全球合作等四大議題，展開為期3天的深入交流與探討，為推動加快形成人機協(xié)同、跨界融合、共創(chuàng)共享的智能經(jīng)濟和智能社會新形態(tài)提供思路和啟示。

《2025年度化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)介紹（英文版）》

《2025年度化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)介紹（中文翻譯稿）》

2025 年度 IUPAC 化學領(lǐng)域十大新興技術(shù) 

自 2019 年以來，國際純粹與應用化學聯(lián)合會（IUPAC）每 年都會發(fā)布“化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。這一舉措旨在展示化學 及化學家在可持續(xù)發(fā)展和人類福祉方面的戰(zhàn)略性與創(chuàng)新性貢獻， 并借此推動新興成果的商業(yè)化應用和技術(shù)轉(zhuǎn)移。今年的評選依舊 由全球科技工作者提案，經(jīng)專家團隊遴選產(chǎn)生。十大新興技術(shù)涵 蓋能夠應對氣候危機、推動可持續(xù)供應鏈轉(zhuǎn)型，以及為人類健康 提供創(chuàng)新解決方案的前沿技術(shù)。2025 年具有變革潛力的化學領(lǐng) 域十大新興技術(shù)的詳細內(nèi)容，請見下文。 

交叉光刻體積打?。?/span>Xolography） 

在 IUPAC 以往評選的化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)中，3D 打印的 潛力便已備受關(guān)注。此外，考慮到推動制造業(yè)向更高的可持續(xù)性、 更易回收及更安全設(shè)計方向發(fā)展具有重要意義，聚合物及其相關(guān) 領(lǐng)域的技術(shù)進展也常被列入化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)。其中之一的 交叉光刻體積打印（Xolography） 技術(shù)，代表著 3D 打印領(lǐng)域的 一項重要突破。其命名本身揭示了核心理念：通過交叉（X）光 束書寫（graphy）出一個完整（holos）的三維物體。Xolography 最早于 2020 年提出，它融合了光化學與材料科學，能夠以極高 的精度和前所未有的細節(jié)水平打印聚合物。其關(guān)鍵在于同時采用 兩種不同波長的光與雙色光引發(fā)劑（DCPIs）：其中一種光用于激 活對紫外線敏感的樹脂局部區(qū)域，另一種光則用于快速固化這些 已被激活的區(qū)域，從而確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定成型。總體而言，Xolography  能夠以極高的效率制造三維聚合物結(jié)構(gòu)，即使是復雜的中空構(gòu)件 和精密的運動部件，也無需額外的支撐架。這項技術(shù)有望徹底革新塑料制品的生產(chǎn)方式，能夠以打印級精度構(gòu)建復雜結(jié)構(gòu)，同時 避免傳統(tǒng)逐層打印方法的繁瑣與耗時?？傮w來看，該方案克服了 傳統(tǒng)聚合物 3D 打?。ㄓ绕湓诨ミB部件制造方面）的諸多局限。 除高精度之外，Xolography 還具備令人矚目的打印速度。部分研 究表明，其打印速度較傳統(tǒng)方法提升了數(shù)個數(shù)量級，能夠在數(shù)秒 內(nèi)完成結(jié)構(gòu)制造，而逐層打印機通常需耗時三十分鐘以上。此外， 該領(lǐng)域的最新進展已實現(xiàn)連續(xù)打印過程，甚至在微重力環(huán)境下亦 能取得理想效果。該技術(shù)的主要推動者之一是德國的初創(chuàng)企業(yè) Xolo GmbH，該公司已成功完成 800 萬歐元 A 輪融資，并申請 了多項專利，進一步證明了 Xolography 在制造領(lǐng)域的巨大潛力。 

碳點（Carbon dots） 

2023 年，量子點的開發(fā)榮獲諾貝爾化學獎。量子點是一種色 彩鮮艷、無處不在的納米顆粒，已被廣泛應用于從發(fā)光二極管領(lǐng) 域到腫瘤治療等領(lǐng)域。碳點作為一種更環(huán)保的替代材料，通常還 具有更優(yōu)異的生物相容性。其優(yōu)勢主要源于結(jié)構(gòu)的可個性化設(shè)計， 研究人員可以通過簡便的官能化與表面修飾策略，賦予碳點在傳 感、生物成像、藥物遞送、催化、太陽能電池以及能源儲存等領(lǐng) 域的多種應用潛能。碳點的結(jié)構(gòu)因制備工藝而異。有些碳點具有 結(jié)晶的碳核，例如多層石墨烯片段（即碳量子點），而另一些則 以無定形石墨（即碳納米點）或碳化聚合物片段（即碳化聚合物 點）為碳核?？傮w而言，無論采用何種合成策略，碳點的價值主 要體現(xiàn)在其可持續(xù)性、穩(wěn)定性、良好的溶解性以及尤為重要的低 毒性。低毒性與可調(diào)性相結(jié)合，使碳點成為生物與醫(yī)學應用中的 理想候選材料。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計與調(diào)控，研究人員能夠精確調(diào)節(jié)碳點的熒光性質(zhì)以實現(xiàn)特異性的光學識別功能，同時可通過 修飾分子連接體或標記基團，將其靶向至生物系統(tǒng)中的特定結(jié)構(gòu) （如抗體、細胞器、細胞等）。這不僅在疾病檢測與生物組織缺 陷成像中極具價值，在治療領(lǐng)域同樣潛力巨大。碳納米點可搭載 藥物遞送載體，為光動力療法、化療等治療手段提供解決方案。 近期，有研究發(fā)現(xiàn)以檸檬酸為前驅(qū)體制備的碳點在治療堿灼傷中 表現(xiàn)出良好療效，顯著縮短了康復周期。尤為值得注意的是，碳 點的合成過程通常遵循綠色化學原則，可利用生物質(zhì)等廉價且豐 富的可再生資源進行可持續(xù)制備。此外，碳點的個性化修飾能力 也推動了手性碳點的發(fā)展，為藥物、DNA、氨基酸、糖類及其他 生物分子與活性化合物的檢測開辟了新途徑。與此同時，手性碳 點更在光催化、電催化、點擊化學乃至替代 CRISPR 基因編輯中 的位點選擇性切割反應等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特潛力。盡管目前碳點的 研究仍主要集中于實驗室階段，但隨著全球多家初創(chuàng)企業(yè)與衍生 公司投入其中，其商業(yè)化進程正加速推進。馬來西亞的 Qarbotech 公司便是典型范例，其開發(fā)的碳點溶液可增強光合作用效率，開 創(chuàng)了碳點在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應用先河。 

納米鏈基生物傳感器（Nanochain biosensors） 

自“化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)”倡議發(fā)起創(chuàng)立以來，納米技術(shù) 始終位列該榜單之中，約占入選技術(shù)總數(shù)的百分之十。秉承這一 創(chuàng)新理念，納米鏈技術(shù)為生物傳感領(lǐng)域提供了極具廣闊前景的解 決方案。自本世紀初，研究人員便開始探索融合電學、電化學、 光學及力學等多種檢測方法，通過對一維納米結(jié)構(gòu)進行修飾來實 現(xiàn)對分子（尤其是小分子與生物分子）的選擇性靈敏檢測。這些技術(shù)方案采用了多種材料體系，包括金納米顆粒、碳納米管和硅 納米線等。通過對酶、抗體、蛋白質(zhì)及 DNA 片段等不同“探測 元件”進行修飾，此類納米傳感器的檢測限已成功降至皮摩爾至 飛摩爾濃度級別，在特定條件下甚至能夠檢測到單個分子。這一 重大突破超越了多數(shù)顯微技術(shù)的檢測極限，為創(chuàng)新性解決方案的 開發(fā)奠定基礎(chǔ)，納米鏈便是其中的典型代表。納米鏈的設(shè)計靈感 最初源于對磁性納米粒子的研究，這類粒子易于自組裝形成有序 且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在部分生命體中也發(fā)現(xiàn)并分離出類似結(jié)構(gòu)。如今， 研究人員已掌握按需制備納米鏈的能力，通過在納米鏈表面修飾 不同功能片段，納米鏈在催化、藥物遞送以及疾病診療等多個領(lǐng) 域得到了廣泛應用。納米鏈的多功能性，不僅使其可根據(jù)表面修 飾實現(xiàn)不同用途，還為微流控芯片裝置帶來了創(chuàng)新性方案——由 較小顆粒構(gòu)成的微小磁性細絲，其表面均包裹著抗體等活性探針， 這些納米結(jié)構(gòu)可作為物質(zhì)分離與篩選的工具，若作為納米級攪拌 棒使用，還能解決試劑混合問題。此外，納米鏈的另一顯著優(yōu)勢 是能夠增強散射信號，可將光學顯微鏡的檢測限從 200 納米降低 至 50 納米，從而實現(xiàn)對病毒的直接觀測。基于這一特性，研究 人員成功研發(fā)出針對新冠肺炎與流感相關(guān)的 SARS-CoV-2、H1N1 和 H3N2 等病原體的高靈敏度檢測技術(shù)。通過對非金屬納米顆粒 構(gòu)成的納米鏈進行相關(guān)生物標志修飾，其能夠?qū)崿F(xiàn)對特定疾病的 精準檢測。在其他研究中，也開發(fā)了用于心臟病、腎臟感染、偏 頭痛及部分腫瘤檢測的納米鏈生物傳感器。其中部分納米鏈能夠 均勻分散于溶液之中，這一特性有利于定制化生物傳感器的規(guī)模 化生產(chǎn)。盡管納米鏈傳感器的商業(yè)化應用目前仍處于早期研究階段，但其已在個性化即時檢測領(lǐng)域占據(jù)獨特地位，并在癌癥診療 方面取得了初步成效，有望引領(lǐng)疾病診療領(lǐng)域的創(chuàng)新性變革。 

合成細胞（Synthetic cells） 

一切源于化學——包括我們的細胞。多年來，化學家和生物 化學家通過多種方法，試圖在實驗室中重建細胞。一方面，合成 細胞可以作為“模擬”或簡化的模型，幫助我們研究和理解生物 學中的一些基本過程，比如基因表達、代謝和分子間的相互作用。 另一方面，合成細胞也可能為生物技術(shù)和醫(yī)學領(lǐng)域帶來變革性的 應用，例如用于科研、診斷和治療，具有完全定制的功能。合成 細胞可以用于藥物的合成與選擇性控制釋放，甚至可發(fā)展出捕集 和利用二氧化碳的新技術(shù)。通常，合成細胞的構(gòu)建方法可以分為 “自上而下”和“自下而上”兩種。前者是指通過簡化現(xiàn)有的生 命結(jié)構(gòu)，去除不必要的部分，調(diào)控細胞的組成。美國 J. Craig Venter 研究所的一個科研團隊采用這種方法成功創(chuàng)造了“第一個最小化 合成細胞”，他們將一種特定細菌的基因組縮短了一半，但其仍 可保持生物活性。這類合成細胞不僅有助于揭示生命的奧秘，還 能提供個性化基因表達的平臺，從而創(chuàng)造“細胞工廠”。像基因 工程細菌一樣，合成細胞可以用于高效生產(chǎn)化學品、生物燃料和 藥物。另一方面，“自下而上”的方法則是利用組裝原件拼接構(gòu) 建細胞，通常使用脂質(zhì)囊泡包裹其他生物分子，包括核酸、蛋白 質(zhì)、酶，甚至簡化版本的細胞器等。與基因工程和表達相關(guān)的問 題被簡化，使得細胞的構(gòu)建變得更加簡單、快速，也更容易實現(xiàn) 大規(guī)模開發(fā)。人工細胞的應用范圍廣泛，從藥物合成與遞送到生 物反應器，甚至可以作為生物“計算機”使用。事實上，人工細胞的復雜性已經(jīng)超越了基因表達的范疇，現(xiàn)在的一些例子甚至能 展示細胞如何改變形態(tài)、移動并進行相互溝通等。雖然目前這項 技術(shù)仍處于初期階段，但研究人員對合成細胞的潛力充滿信心。 甚至有專家認為，mRNA 新冠疫苗和采用脂質(zhì)體封裝的藥物配 方，正是“自下而上”結(jié)構(gòu)的簡單示范，展示了該技術(shù)的巨大潛 力。總體來看，合成細胞不僅能幫助我們更好地理解生命，還能 夠為改善健康提供解決方案。 

單原子催化（Single atom catalysis） 

多相催化劑持續(xù)占據(jù)市場主導地位。傳統(tǒng)多相催化劑中，金 屬作為活性位點分散在活性炭、陶瓷材料等載體上。然而在本世 紀初，化學家提出了一個令人振奮的想法，以實現(xiàn)更高效、更可 持續(xù)的工業(yè)催化。這是一種能夠結(jié)合多相催化劑能力與酶的精確 性和選擇性的催化方式：單原子催化。與負載的原子簇或納米粒 子不同，單原子催化劑使用錨定在載體表面的孤立的單個原子。 因此，每一個催化位點都完全暴露于反應物之中，從而在理論上 實現(xiàn)了 100%的原子利用率、最大化的反應活性，以及或許更為 關(guān)鍵的可持續(xù)性的提升。這不僅源于單原子催化劑更高的效率， 還得益于其對貴金屬用量的減少以及催化劑的可循環(huán)性的提升 ——研究表明，單原子催化劑在多次回收與循環(huán)反應后仍能保持 活性。過去二十年間，研究人員已報道了涵蓋元素周期表多種元 素的單原子催化劑，不僅包括傳統(tǒng)貴金屬鉑、鈀、銠，也包括豐 度更高的替代金屬，如鐵、鎳、銅等。例如，銅單原子催化劑已 被證明是一種極具潛力的催化劑，可用于電化學轉(zhuǎn)化二氧化碳生 成高附加值化學品。此外，單原子催化劑有時還表現(xiàn)出不同于常規(guī)塊體多相催化劑的獨特催化性能。這種差異來源于其不同的配 位環(huán)境：單原子的配位結(jié)構(gòu)具有更好的可調(diào)控性和可修飾性，使 活性位點形成獨特的電子結(jié)構(gòu)，從而影響選擇性并抑制副反應的 發(fā)生。因此單原子催化劑的反應性被稱為“獨特而多能”。這種 特性使其在能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域日益受到關(guān)注，例如 CO2 增值轉(zhuǎn)化為 化學燃料、水分解制氫以及綠氨合成等。此外，單原子催化劑也 已成功催化一些商業(yè)化反應，如 Suzuki 偶聯(lián)反應，并正逐步向 更具規(guī)?；头€(wěn)健性的工業(yè)解決方案邁進，準備進入大規(guī)模市場。 據(jù)報道，莊信萬豐（Johnson Matthey）催化劑公司正致力于利用 單原子催化劑開發(fā)可持續(xù)解決方案，而其它供應商也已開始提供 應用于能源轉(zhuǎn)化、石油精煉及高端合成反應的單原子催化劑產(chǎn)品。 目前，最有可能的下一個前沿方向是手性催化。一些研究已開始 探索進一步完善催化“最終前沿”（單原子手性催化）的可能性， 旨在復刻酶的選擇性和特異性，同時保持單原子催化劑所具備的 商業(yè)化優(yōu)勢。 

熱凝膠高分子（Thermogelling polymers） 

聚合物與塑料屢次入選 IUPAC 發(fā)布的“化學領(lǐng)域十大新興 技術(shù)”榜單。這類材料自 20 世紀初問世便得到了廣泛使用，并 在解決環(huán)境污染問題中發(fā)揮著重要作用。聚合物科學的創(chuàng)新通常 能夠顯著提升材料的可持續(xù)性，同時催生出人意料的新應用。熱 凝膠高分子便是一個典型的例子。這種智能材料僅需溫度這一唯 一觸發(fā)因素，便能自發(fā)由液體轉(zhuǎn)變?yōu)槟z，無需任何化學交聯(lián)劑 或額外刺激。這一特性使其在化妝品、醫(yī)學成像、藥物遞送和生 物工程等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的潛力，尤其推動了人工組織再生方面的研究。大多數(shù)熱凝膠高分子不僅功能多樣，其設(shè)計更以生物相 容性為核心。通常情況下，溫度變化會觸發(fā)線性共聚物首先形成 膠束，繼而構(gòu)建出更復雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終穩(wěn)定成型。在生物醫(yī) 學應用中，該材料的一大優(yōu)勢在于其“可注射性”。在液態(tài)（溶 膠狀態(tài)）下，它可以被輕松注入體內(nèi)，隨后在體內(nèi)自發(fā)完成溶膠 到凝膠的逐步轉(zhuǎn)變。例如，在藥物遞送中，凝膠能夠?qū)崿F(xiàn)活性成 分在靶向區(qū)域的持續(xù)控釋，這在癌癥等復雜疾病的治療中顯示出 巨大潛力。此外，材料初始為液態(tài)的特性也為 3D 打印帶來了新 機遇——這一平臺可用于制備生物相容性的支架，廣泛應用于創(chuàng) 面修復、細胞培養(yǎng)或類器官構(gòu)建等領(lǐng)域。熱凝膠高分子在眼組織 修復方面所展現(xiàn)的潛力，堪稱該領(lǐng)域最令人振奮的成果之一。曾 幾何時，玻璃體一旦受損，幾乎無法修復或替換，這常引發(fā)視網(wǎng) 膜病變甚至脫落，導致永久性失明。如今研究人員利用熱凝膠高 分子，成功模擬了玻璃體的特殊結(jié)構(gòu)與特性，開發(fā)出兼具相似黏 度與透明度的替代材料，用于修復視網(wǎng)膜脫離。隨著時間推移， 這種凝膠可刺激并支撐眼中膠原蛋白、原纖蛋白和玻璃素等天然 結(jié)構(gòu)的再生，從而顯著減少視網(wǎng)膜手術(shù)的并發(fā)癥。目前，針對此 類高分子的開發(fā)正雙管齊下：一些初創(chuàng)企業(yè)正致力于挖掘此類高 分子的臨床與商業(yè)價值，而科研界也在積極拓展其在 3D 生物打 印、軟體機器人以及環(huán)境傳感等新興領(lǐng)域的應用邊界。 

增材制造（Additive manufacturing） 

人們常說，文藝復興時期的藝術(shù)家米開朗基羅只是“看見” 了大理石坯料中蘊藏的雕像，而后剔除多余部分，便創(chuàng)作出了如 意大利佛羅倫薩的《大衛(wèi)》雕像這樣的藝術(shù)品。增材制造則恰恰相反，它通過逐層累積材料的方式構(gòu)建物體，從而最大限度地減 少材料浪費。由于聚合物和塑料打印在制造業(yè)中的應用潛力，“增 材制造”常與“3D 打印”劃等號。但其他核心技術(shù)同樣采用疊 加原理的工藝也可歸入此范疇?；瘜W對于進一步提升增材制造的 可持續(xù)性具有關(guān)鍵作用。這既包括通過材料科學創(chuàng)新研發(fā)具有更 佳生物降解性和可回收性的可打印聚合物、陶瓷及生物基材料， 也涉及開發(fā)墨水、樹脂和絲材等領(lǐng)域的可持續(xù)解決方案，以提升 增材制造工藝本身的韌性與能效。這些研究成果推動了例如利用 復合聚合物及金屬粉末進行金屬增材制造方面的進展。相較于現(xiàn) 有替代方案，該技術(shù)不僅提升了生產(chǎn)效率，還因未使用溶液易于 回收而減少了廢棄物產(chǎn)生。此外，3D 打印技術(shù)的最新突破為制 造中空高強度結(jié)構(gòu)（如支架與格柵）創(chuàng)造了可能。工程學領(lǐng)域的 優(yōu)化有助于制造更輕量化部件，這在機械制造領(lǐng)域尤其具有應用 價值。在此背景下，增材制造將通過減少材料消耗提升可持續(xù)性， 制造更輕的汽車和飛機，降低產(chǎn)品全生命周期的碳排放。該技術(shù) 還能通過為實驗室研究人員和創(chuàng)新者開發(fā)新型應用，提升化學領(lǐng) 域自身的可持續(xù)性。增材制造既有助于制造更可持續(xù)的實驗設(shè)備， 又能通過 3D 打印低成本原型機與演示模型來加速產(chǎn)業(yè)化進程。 更重要的是，多數(shù)零部件設(shè)計圖均以開放獲取形式發(fā)布于資料庫， 這不僅推動了創(chuàng)新技術(shù)的快速落地，更構(gòu)建了全球化學家協(xié)同創(chuàng) 新的生態(tài)系統(tǒng)。據(jù)報道，贏創(chuàng)、空中客車、Carbon 等大型企業(yè)已 開始布局增材制造領(lǐng)域，為削減二氧化碳排放、推動商業(yè)化應用 貢獻力量。 

用于結(jié)構(gòu)解析的多模態(tài)大模型（Multimodal foundation  models for structure elucidation） 

人工智能（AI）已成為當今的熱門詞匯，甚至在某些語境下 因其對環(huán)境的影響而帶有負面含義。然而，AI 的一些創(chuàng)新性應 用正在為化學家的研究帶來實質(zhì)性便利，不僅能夠加速分析過程， 還能減輕重復性工作的負擔，從而為創(chuàng)造性探索釋放更多時間— —這一趨勢早在 2020 年的“化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)”中已被強 調(diào)。結(jié)構(gòu)解析用分子模型正是其中的典型代表：該類技術(shù)充分融 合了機器學習、深度學習與人工智能方法，能夠以整體化方式解 析來自不同光譜學手段的數(shù)據(jù)，例如紅外光譜（IR）、核磁共振 （NMR）、紫外光譜（UV）以及質(zhì)譜（MS）等。相較之下，傳 統(tǒng)方法往往僅依賴單一光譜技術(shù)?！岸嗄B(tài)”（multimodal）方法 的核心優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)之間的互聯(lián)互通，使算法能夠建立起對分子 與材料結(jié)構(gòu)的綜合認知。例如，在實驗條件受限、缺乏昂貴儀器 與數(shù)據(jù)庫的實驗室中，該方法可顯著降低結(jié)構(gòu)解析成本——僅依 靠簡單的紅外測試便可能獲得分子結(jié)構(gòu)信息。模型通過匹配輸入 光譜與現(xiàn)有數(shù)據(jù)點，跨越復雜模式進行比較與學習，從而快速指 派最優(yōu)結(jié)構(gòu)。除了使結(jié)構(gòu)解析更加普惠化之外，這類多模態(tài)模型 還具備加速藥物發(fā)現(xiàn)與材料創(chuàng)新的潛力，并可用于污染監(jiān)測、質(zhì) 量控制及法醫(yī)分析等領(lǐng)域中的過程優(yōu)化。這些模型通常依托于公 開數(shù)據(jù)庫（包括專利數(shù)據(jù)）進行訓練，以確保算法從標準化數(shù)據(jù) 源中學習。盡管目前該領(lǐng)域仍處于起步階段，但已引起如 IBM 等 科技公司的廣泛關(guān)注?，F(xiàn)有模型尚無法完全具備受過訓練的化學 家的推理與創(chuàng)造能力，但隨著相關(guān)技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新，尤其是在結(jié)構(gòu)表達標準（如 InChI 與 SMILES）解釋能力的提升方面，模型的 性能將不斷優(yōu)化?？梢灶A見，在不久的將來，AI 將進一步減輕化 學家在結(jié)構(gòu)解析中的重負，使結(jié)構(gòu)確定過程更加智能與高效。 

直接空氣捕集（Direct air capture） 

我們必須利用一切可行方案來應對氣候危機。盡管常被質(zhì)疑 為一種補救措施，直接空氣碳捕集已被普遍認為是降低大氣中二 氧化碳濃度、減緩氣候變化影響的戰(zhàn)略性解決方案。化學在解決 直接空氣捕集二氧化碳的核心難題中起著至關(guān)重要的作用，即如 何成功封存一種在大氣中占比僅萬分之四的物質(zhì)。這一濃度足以 引發(fā)氣候變遷，但如此低的濃度也對碳捕集材料的吸收效率提出 了極高要求。為攻克此難題，化學家提出了兩種互補的路徑。其 一依賴于化學反應進行吸附，即采用氫氧化物、氧化物、硼酸鹽 及胺類等堿性化合物來“捕獲”二氧化碳，通常生成碳酸鹽或類 似鹽類。此法主要弊端在于再生過程能耗過高，需在高溫條件下 進行。其二則有賴于金屬有機框架（MOFs），2019 年化學領(lǐng)域十 大新興技術(shù)之一。MOFs 具有多孔結(jié)構(gòu)，擁有極高的吸附比表面 積，使其成為選擇性儲存包括 CO?在內(nèi)的氣體分子的理想材料。 通常物理吸附劑對二氧化碳的捕集效率低于化學吸附劑，但其再 生過程更簡單，這使 MOFs 在工業(yè)應用領(lǐng)域更具吸引力。當然， 化學家也研究了整合方案——通過在金屬有機框架上修飾胺類 等活性基團。該策略不僅提升了吸附容量，相比于吸附大氣中其 他氣體分子，還增強了對二氧化碳的選擇性。有很多基于 MOF 的技術(shù)方案已進入中試階段，甚至開展工業(yè)示范?？傮w而言，直 接空氣碳捕集在全球范圍內(nèi)已成為碳捕集的重要備選方案。若干成熟度高的工業(yè)示范已將每噸二氧化碳捕集成本降至 100 美元 以下，這已經(jīng)超越了國際能源署的最樂觀預測。然而，有研究指 出該技術(shù)尚缺乏規(guī)模擴展性與運行穩(wěn)定性，Climeworks 與 ?rsted 等企業(yè)部分項目的關(guān)?；驕p產(chǎn)消息也佐證了這一觀點。盡管碳捕 集技術(shù)有助于實現(xiàn)氣候中和目標，但其要成為一種成本可控、可 大規(guī)模推廣的具有競爭力的方案，仍有待進一步的技術(shù)研發(fā)與工 藝改進。 

電化學碳捕集與轉(zhuǎn)化（Electrochemical carbon capture and  conversion） 

直接空氣捕集（DAC）技術(shù)提供了一種直接從大氣中捕獲二 氧化碳的途徑，而電化學方法則進一步將捕獲的二氧化碳作為替 代碳源，轉(zhuǎn)化為化學品、燃料及其他高附加值產(chǎn)品。電化學碳捕 集的實例最早可追溯至 20 世紀 60 年代至 70 年代，當時主要作 為吸附法的補充技術(shù)。采用電能作為驅(qū)動力，不僅可以降低運行 成本，還能與太陽能、風能、地熱等清潔能源耦合。此外，電化 學過程在性能上往往優(yōu)于傳統(tǒng)熱化學途徑，有助于降低整體能耗 與環(huán)境影響，因而成為直接空氣捕集技術(shù)的極具吸引力的替代方 案。不僅如此，電化學方法還能高效釋放二氧化碳氣體，相比傳 統(tǒng)解吸過程，能耗更低。更重要的是，電化學技術(shù)為二氧化碳“捕 集—轉(zhuǎn)化—利用”的無縫銜接提供了機會：一旦被捕獲，二氧化 碳即可作為碳源，用于制備一氧化碳、甲酸、甲醇、乙烯、長鏈 碳氫化合物等關(guān)鍵化工原料。近年來，越來越多的研究展現(xiàn)了二 氧化碳電化學還原反應（簡稱 eCO2RR）的廣闊前景。自 1985 年 首次報道 eCO2RR 實例以來，催化、材料科學和工程領(lǐng)域的進步已完善了制備小分子化工原料過程，并為更具挑戰(zhàn)性的反應（如 碳氫化合物合成）奠定了基礎(chǔ)。在這一領(lǐng)域，以銅、鎳等地球豐 度高的金屬為主體制成的電催化劑已顯示出巨大潛力，能夠?qū)⒍?氧化碳轉(zhuǎn)化為鏈長多達六個碳原子的直鏈和支鏈碳氫化合物。作 為一個新興領(lǐng)域，eCO2RR 目前仍未達到能與石油煉制中傳統(tǒng)熱 化學過程相競爭的水平。然而，電化學方法僅依賴電能作為唯一 能源，不僅提高了過程的可持續(xù)性，而且推動了化學品的普及與 就地生產(chǎn)。盡管尚處于早期階段，距離規(guī)?；c工業(yè)應用尚遠， 但 eCO2RR 仍被視為一種以可持續(xù)方式生產(chǎn)高附加值化學品的 有前景的替代方案?？傮w而言，盡管電化學方法是一種新興的二 氧化碳捕集與轉(zhuǎn)化技術(shù)，但其在推動可持續(xù)發(fā)展與循環(huán)經(jīng)濟、減 緩氣候變化影響方面的潛力顯而易見。進一步的研究無疑將揭示 和催生更多創(chuàng)新成果，推動二氧化碳從廢棄物轉(zhuǎn)變?yōu)榛A(chǔ)原料， 使其成為化學工業(yè)制造過程的關(guān)鍵起始材料。 

結(jié)論 

在連續(xù)開展評選的第七年，IUPAC“化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)” 倡議繼續(xù)關(guān)注可持續(xù)性與循環(huán)性，將新的創(chuàng)新理念聯(lián)系起來，共 同邁向更加綠色的未來，同時也持續(xù)高度關(guān)注有助于改善人類健 康的新方法的開發(fā)。總體而言，2025 年度“化學領(lǐng)域十大新興技 術(shù)”的評選由專家委員會從全球提名中精心遴選，延續(xù)了自 2019 年首份榜單以來的精神——彰顯化學及化學家在應對最緊迫社 會問題中所蘊含的巨大潛力。 這一倡議旨在聚焦全球范圍內(nèi)仍處于早期發(fā)展階段的多樣 化技術(shù)，以提升其知名度，促進技術(shù)轉(zhuǎn)移與市場化應用。本屆評選范圍擴展至七十項技術(shù)，展示了化學領(lǐng)域創(chuàng)造力的多樣性與廣 泛性。IUPAC 希望通過將這些高度創(chuàng)新的理念推向聚光燈下，進 一步激勵跨學科合作，加速向更加可持續(xù)與公平的世界邁進。 

致謝 

作者謹向所有為 2025 年度“化學領(lǐng)域十大新興技術(shù)”提供 創(chuàng)意與提案的人士表示感謝，并感謝參與最終評選的專家評審團 成員，包括：Ehud Keinan、Javier García Martínez、Arasu Ganesan、 Molly Shoichet、Juliane Sempionatto、Mamia El-Rhazi、Jorge Alegre  Cebollada、Bernard West、Natalia Tarasova、Zhigang Shuai（帥志 剛）、Rai Kookana 以及 Kira Welter。特別感謝 Michael Dr?scher， 他不僅擔任評審委員，還自 2019 年項目創(chuàng)立以來持續(xù)負責協(xié)調(diào) 該項工作；同時感謝 Fabienne Meyers 在編輯過程中給予的全力 支持與耐心。當然，也要向 Bonnie Lawlor 致以特別的謝意，感 謝她在組織會議、記錄紀要以及修改稿件方面所展現(xiàn)出的無限耐 心，使得本文的可讀性與質(zhì)量得到了顯著提升。