近中期科学领域面临的主要科学问题

近中期科学领域面临的主要科学问题

(-)近中期化学领域面临的主要科学问题

如何建立物质合成与制备的新途径、新方法以及能源与资源转换和利 用过程中环境友好的新化学体系；如何发现具有特殊功能的新物质以及在 生物或材料界面上研究其结构与功能的关系和调控机制；如何在不同时间 和空间尺度上研究物质形成与转化过程以及在生命过程和生态环境等复杂 体系中的化学本质；如何创建与物质转换过程及组成、功能和结构信息获 取相关的新分析测试理论、方法和表征技术平台。

(二）近期需要开展的主要研究工作

围绕上述重大科学问题，今后一段时间的主要研究工作是：

新物质与新材料的合成机理研究

发展物质合成、制备与转化的新策略、新方法、新反应、新机理，研 究新催化剂和新试剂；探索新的特定结构和功能分子的化学合成反应机 理、反应动态学理论与实验技术，实现新的特定结构和功能分子的化学可 控设计；建立环境友好的新化学合成和制备体系；围绕低维化、组装与自 组装、集成化、智能化等原理来探索、设计和制备具有高性能或新效应的 新物质与材料。

复杂生物体系的化学研究

通过对具有重要生物活性的小分子与生物大分子或细胞间相互作用与 识别及其所引起的结构与功能动态变化规律和对生命过程的影响等进行研 究，建立化学生物学、蛋白组学、代谢组学和金属组学等与生命体系中化 学过程研究相关的实验和理论方法，为复杂生物体系和过程的调控提供理 论依据。

新分析测试理论和方法研究

在研究原子、分子、分子聚集体与电、磁场（光子）、超声场、离心 重力场及其他各种外场相互作用规律的基础上，改进现有分析方法与设 备，加强各种分析技术联用的研究；发展新的分析或识别原子、分子的方 

法与仪器；创建与物质组成、功能和结构信息获取相关的新分析测试理 论、方法及表征技术平台，发展新的表征与测试手段；建立复杂物质分 离、纯化方法和理论；为各种组学提供高通量、高灵敏度、高选择性的分 析测试理论和方法。

物质形成与转化过程的模拟计算研究

通过运用理论计算模拟和现代实验方法，发展能够对复杂体系进行分 子动力学和分子力场计算的新可靠计算方法和多尺度理论，实现对复杂体 系中各组分结构之间的相互作用和过程的理论模拟，揭示复杂体系中各组 分结构之间的相互作用和过程的化学本质，解决物质转化过程的量化、设 计、放大和调控等关键问题；建立物质合成与转换的各种动态过程计算理 论，进行化学信息学和计算化学研究；完善和深化功能材料设计的建模、 计算方法及模拟仿真等。

材料功能化与器件工艺化研究

利用化学以及相关手段设计和实现具有特定的物理、化学、生物、电 子、机械等功能的新型材料；改性或调变常规材料，赋予其以新的功能； 功能材料制备与部件成型或器件制备的一体化设计与制备的新原理、新方 法、新工艺的研究；功能化材料及其结构与性质调控与演变的化学机理， 以及基于这些材料的器件在给定条件下的性能检测和诊断新方法的研究和 建立等。

(三）所需的主要技术支撑体系

为了保证上述研究工作的进行，近期需要发展的主要技术支撑体 系是：

表面形貌与结构、成分观测技术支撑体系。为实现对新物质表面形 貌微观组织结构及成分进行定性与半定量分析和测量，需要相应的电镜平 台、能谱平台和离子探针、电子探针等构成的技术支撑体系，同时以激光 共聚焦显微镜、近场光学显微镜、原子力显微镜、扫描隧道显微镜、磁共 振成像系统、声扫描显微镜和图像分析仪等构成的显微镜平台可对复杂生 物体系或组织进行表面形貌与结构观测与分析。

分离、制备与分析测试技术支撑体系。为实现对新物质、新材料的 物理及化学特性进行成分与结构分析，需要大量的质谱、核磁波谱、能 谱、光谱等仪器；为对各种混合物进行分离、制备及定性、定量分析，需 要构建色谱及电泳实验系统；为对样品的晶体结构进行准确测定，需要晶 

体材料测试技术支撑系统；为开展各种化学反应历程与机理研究，需要构 建反应机理测试平台。

3.化学计算与模拟技术支撑体系。在上述各类分析测试研究的基础 上，需要构建计算机设备及相关软件组成的高级计算模拟系统，运用化学 理论揭示分子间相互作用的理论、方法和模拟研究，建立物质的各种动态 过程的理论，为化学信息学和计算化学研究提供技术支持。

(四）各项科研工作所需添置和研发的大型仪器设备

1.新物质、新材料的成分与结构分析、物理与化学分析、无机与有机 分析的集成，各种化学反应历程与机理研究：