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全部 前沿科学问题 工程技术难题 产业与技术问题
学科领域
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征集年度
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多相反应器 一步放大 中试 介科学
如何实现多相反应器从实验室到工业规模的一步放大，避免逐步试错的中试环节，从而缩短研发周期、降低成本，是化工产业升级的关键挑战。一步放大的科学难题在于对从原子到生态环境的多尺度结构，特别是对各单元与系统尺度间复杂的介尺度动态结构，缺乏深入理解和有效的量化分析方法，这在广泛应用的气固、气液、液固和气液固等多相反应器中尤为显著。因此，建议从科学根源出发，深入理解介尺度复杂性的影响，准确预测和调控过程工业中的多尺度结构；基于自主知识产权软件，构建自主生态系统。提供准确、高效、经济的全新研发手段和模式，建立主要工艺反应器一步放大的模拟优化和减排示范，推动低碳产业的跨越式发展。
推荐机构： 中国化工学会
2024年度
绿色制药 精准化学 化学反应 分离纯化
“精准化学”是药物化学和材料科学的未来发展方向。精准化学的核心在于通过精确控制化学反应和分离纯化过程，实现药物和功能材料的高效合成和纯化，从而推动化学制药和功能材料产业的可持续发展。然而，实现这一目标并非易事，其理论基础和实际操作都面临着诸多挑战。目前，传统教科书上的理论，在实际应用中往往显得捉襟见肘，这迫切需要我们重新审视和构建新的理论体系。
推荐机构： 中国化学会
稀薄气体 湍流 多尺度流动 非平衡输运
从微观的角度，流动的本质为分子的运动与相互作用，然而，巨量分子运动与碰撞的系统效应在宏观上表现出多尺度、非平衡特征，形成复杂的流动结构。尤其对于稀薄气体流动和湍流，存在着显著的非平衡流动现象。譬如，稀薄气体分子自由程较大时，连续介质假设失效，分子与壁面相互作用在壁面出现速度滑移和温度跳跃；湍流中涡流大小不一、方向多变，涡旋不断产生、破碎和衰亡，展现出强烈的无序、随机和多尺度特性。因此，考虑分子运动离散性，研究稀薄气体分子单/多组分间碰撞过程、不同条件下分子-壁面相互作用机理；基于多尺度分析手段，开展湍流转捩、大尺度流动分离机理研究；探索多尺度非平衡流动的输运机制和共性问题，建立气体分子或流体微团间相互作用与宏观复杂流动特性之间的联系，从而提高对复杂非平衡流动形成和演化机理的认识，完善多尺度流动基础理论，促进多尺度非平衡流动相关学科的进步。
推荐机构： 中国力学学会
超快动力学 阿秒电子显微 阿秒时间分辨率 皮米空间分辨率
电子显微镜可以深入了解物质的最小细节，例如可以揭示材料的原子结构、蛋白质的结构或病毒颗粒的形状。然而，自然界中的大多数材料都不是静止的，而是一直在相互作用、移动和重塑。比如光与物质之间的相互作用在植物、光学元件、太阳能电池、显示器或激光器中普遍存在，其相互作用的内在本质是由光场驱动的电子运动所决定的，发生在飞秒（10-15秒）甚至阿秒（10-18秒）的超快时间尺度上以及皮米（10-12米）的超小空间尺度上。因此，为了对复杂材料中功能的微观粒子起源进行直接可视化，需要同时具备“皮米空间分辨率”与“阿秒时间分辨率”的阿秒电子成像技术，从而实现对原子、电子的运动及其相互作用规律的实时、实空间观测。然而，目前超快电子成像技术受到发射度大、亮度低、以及时间抖动、光发射电子固有的能量弥散等限制难以突破飞秒-纳米级时空分辨瓶颈。这些难题的解决可提供原子、电子在本征尺度上的微观动力学直接时空成像，将有力推动我国基础物理、新型光电子器件、超快化学、生物安全 、量子科学、清洁能源等重要科技前沿领域的发展，为我国基础研究的原始创新突破提供有效支撑。
推荐机构： 中国光学工程学会
2023年度
磁单极子 大统一理论 轴子 暗物质
磁单极子以及轴子等新粒子，是目前对于超出粒子物理标准模型新物理搜寻的主要目标之一，是粒子物理领域的重大科学前沿问题。过去几十年通过众多的实验手段，国际上相继开展了多个搜寻实验，都还没有发现这些新粒子的迹象。在深空环境中利用新型探测手段对于这些新粒子的搜寻，将能提高对于此类新粒子探测的灵敏度，填补空白。
推荐机构： 中国科协创新融合学会联合体
己二腈 尼龙-66 , 催化剂设计 绿色化学工艺
己二腈是一种重要的有机化工中间体，主用于生产尼龙-66。我国对尼龙-66需求极大，目前主要向国外购买原料己二腈，长期受制于人。己二腈供应不足，已成为制约我国尼龙-66行业发展的“卡脖子”问题。发展适合我国资源拥有国情的新技术，采用非石油原料高效、安全地合成己二腈，是关系到我国国计民生和战略物资安全的重要课题。
2022年度
合成化学 自动合成 人工智能 化学合成机器
化学合成依赖反应物选择、反应条件控制等诸多因素，因此很难用定量、可预测的数学关系来进行指导。长期以来，化学合成基于专家经验和试错，合成效率不能满足人类社会对新的功能分子和材料的巨大需求。近年来，合成机器人的出现为自动化、集成化的开发合成化学分子提供了便捷可操控的平台原型，但智能化、精准化程度上还有很大的提升空间。如何将机器人融合量子力学底层规则，赋予合成机器人智慧核心，帮助突破人类专家的思维和算力局限，预测全新的合成路径，对复杂合成过程进行优化，实现真实条件下（包括催化剂、溶剂、温度、压强等）的化学反应路径预测和反应条件自动优化，推动化学合成精准化和智能化，是合成化学和相关学科中的重大前沿科学问题。
黑洞 宇宙 望远镜 引力波
黑洞是宇宙中最神秘的天体之一，也是天文学和物理学的重要研究对象。天文学家早在上个世纪六十年代就发现了比太阳重几倍到十几倍的“恒星级黑洞”，并在银河系、近邻星系和活动星系中心找到了比太阳重几百万到几十亿倍的“超大质量黑洞”。 近几年随着天文观测技术的飞跃，介于两者之间的“中等质量黑洞”也已被天文学家发现。然而，随着观测资料日益丰富，传统的黑洞形成和演化理论也越来越多地受到质疑和挑战。那么宇宙中的黑洞究竟是如何形成和生长的？三种不同质量范围的黑洞之间存在什么样的联系？如何有效地探测它们？黑洞是否会影响它们赖以生存的天体物理环境？宇宙中是否还存在原初黑洞？对黑洞的研究将如何影响天文学乃至物理学未来的发展？对这些问题的思考有望孕育重大的科学突破。
推荐机构： 中国天文学会
中微子振荡 无中微子双贝塔衰变 超出标准模型的新物理 宇宙物质-反物质不对称
中微子是构成物质世界的最小单元之一，它的质量起源机制以及与其他物质的相互作用特性一直都是粒子物理学研究的核心问题。实验证明中微子有质量，而粒子物理学标准模型却预言中微子质量为零。因此，标准模型是不完备的。中微子质量起源跟宇宙物质-反物质不对称问题、暗物质、天体演化等宇宙起源和演化问题密切相关。
推荐机构： 中国物理学会
2021年度
纳米催化 限域效应 计算化学 动态原位表征
将纳米技术引入催化领域形成的纳米催化技术由于独特、优越的催化性能备受关注。催化的本质是反应分子与催化剂表面的电子转移，而纳米尺度下体系尺寸的限域效应对电子结构的改变对于催化活性具有重要影响。研究纳米催化体系的限域效应将有助于从本质上加深催化过程的认识和理解，进而从原子、分子层面指导高效纳米催化体系的构建。
