电化学和材料学科“十五五”发展趋势及优先研究领域
2025-11-18 11:51:46 作者:本网整理 来源:网络 分享至:

  

 

 

 

 

摘  要

为落实国家科技发展规划总体部署,在“十四五的收官之年,由国家自然科学基金委员会化学科学部主办的电化学“十五五”发展规划战略研讨会于2025年8月29日在厦门成功举办。

本次战略研讨会汇聚来自界面电催化、储能界面电化学、生物电化学、氢能电化学、电化学微纳制造、电化学工况表征、电-热耦合催化、理论与计算电化学、电化学合成等9个研究方向40多位国内电化学领域领军专家,对我国电化学学科在“十五五”期间的高质量发展进行布局谋篇。

本文聚焦这次战略研讨会结合国家重大战略需求,系统梳理电化学基础研究与应用基础研究的发展现状,深入剖析电化学学科发展面临的核心问题与关键挑战,提出的我国未来五年(2026–2030)电化学学的发展趋势及优先研究领域,对于推动电化学学科高质量发展、提升我国电化学研究的国际竞争力具有重要意义。

 

 

 


 

 

 


一、界面电催化

1. 氢/氘与电子同步转移的化学定向调控;

2. 电极/聚电解质界面功能环境设计;

3. 电解质环境调控的手性电催化;

4. 多模态工况表征方法;

5. 理论研究与AI辅助模拟。


二、储能界面电化学

1. 高比能、长寿命、本质安全的(全)固态电池界面研究;

2. 新型电化学储能体系内的界面问题研究;

3. 极端环境下电化学界面演变机制,AI辅助的界面工况表征、解析与预测技术研究。


三、氢能电化学

1. 突破现有线性标度关系限制的低/非贵金属电催化新体系与新机制;

2. 发展先进表征、仿真与智能预测平台;

3. 多场耦合与动态工况下的催化界面解析与重塑,推动器件工程化与系统集成;

4. 构建氢介导的广义氢能电化学体系。


四、电化学合成

1. 高附加值精细化学品电合成;

2. 可再生能源与碳资源耦合利用;

3. 新材料、新装备与智能系统。


五、电化学微纳制造

1. 发展多模态集成的原位/工况仪器方法,研究金属电沉积成核与生长的反应动力学和添加剂分子作用机制;

2. 探究纳米尺度和纳-微-宏跨尺度金属成核及生长过程,揭示镀层结构动态演化机制;

3. 发现原子尺度调控镀层金相结构的科学规律及其与电学性能的内在关联;

4. 厘清芯片互连、先进封装和高密度集成的表界面基础科学问题。


六、电化学工况表征

1. 开发能够无损、同步、共点地探测真实器件内部动态过程的新一代多模态工况表征技术和平台;

2. 建设覆盖器件全生命周期的数据系统,发展适用于工况数据实时解析的人工智能算法与数字孪生模型;

3. 发展“制备-检测-解析-调控”智能闭环研究范式。


七、电-热耦合催化

1. 发展低温电-热耦合体系,实现更高的转化效率与产物选择性;

2. 推进中温质子导体及器件研究,优化界面动力学与能量利用效率;

3. 加快高温固体氧化物电解堆的放大与示范应用,探索零CO2排放化工新过程;

4. 结合先进原位动态表征与理论建模,揭示多物理场协同机制;

5. 推动具有自主知识产权的关键材料与工程开发。


八、理论与计算电化学

界面双电层结构与多模态谱学一体化建模与反演。包括:

1. 恒电位/电场响应建模与数据生成; 

2. 基准模型体系构建;

3. 谱学正/逆问题融合;

4. 多尺度耦合与器件优化规律;

5. 数据与基础设施建设。


九、生物电化学

1. 系统科学视角下的生物电化学界面与体系研究;

2. 生物电化学界面过程的多相、多维、多尺度物性与工况分析;

3. 高性能生物电化学功能元件、界面与器件;

4. 高通量、集成化、智能化生物电化学系统;

5. 高效、高稳定性生物燃料电池及其工业化探索;

6. 面向绿色制造、生命调控的生物电合成路径与系统;

7. 数智赋能的脑机接口、交互、融合技术与系统;

8. 离子生物电化学与流体类脑智能系统;

9. 临床可用的生物电化学诊疗系统开发与应用。

 

 

 


 

 

 


建议专家

庄林, 蔡文斌, 季恒星, 李箐, 王功伟, 辛森, 赵庆, 程方益, 郭玉国, 毛兰群, 田阳, 吴菲, 张立敏, 相艳, 胡劲松, 曹睿, 肖丽, 陶华冰, 邢巍, 詹东平, 廖洪钢, 肖梅玲, 任斌, 彭章泉, 文锐, 王翔, 宋月锋, 吕厚甫, 夏宝玉, 汪国雄, 程俊, 刘智攀, 周敏, 黄冰, 李存璞, 邹雨芹, 王双印, 林海波, 魏子栋


*顺序不分先后




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DOI: 10.61558/2993-074X.3590



Available at: 

https://jelectrochem.xmu.edu.cn/journal/vol31/iss10/3




下载全文:

Development Trends and Priority Research Fields of Electrochemical Discipline in the 15th Five Year Plan Period.pdf

 

 

 

 

 

2025“十五五”新材料产业核心发展方向深度解读

 

“十五五”新材料布局正在从纸面走向产线。国际技术封锁与碳中和硬约束双重压力下,国家 把材料创新列为制造强基的核心抓手,地方产业基金、园区升级、龙头企业采购清单随之调 整。谁能率先读懂技术-场景-资金的三重映射,谁就能在下一轮区域竞合中占得先手。

材料科技创新重点支持领域

低维与智能材料

该方向重点关注石墨烯、碳纳米管及MXenes(过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)的规模 化制备技术及其在各类器件中的应用,同时包括智能响应材料,例如形状记忆材料、自修复 材料以及压电/热电材料。这些材料在新型电子器件、智能装备和仿生制造领域中具有广泛 的应用潜力,有助于推动智能设备的发展。

量子信息材料

量子信息材料涉及量子点、拓扑绝缘体、量子磁性材料及单光子源/探测器材料等关键材 料,这些材料为量子通信和量子计算技术提供重要支撑。通过优化材料性能,可以增强量子 系统的稳定性和效率。

先进能源材料

这一领域致力于探索室温超导材料、热电转换材料以及新型核能材料(包括耐辐照材料和嬗 变材料)。这些材料应用于热电发电系统和核能利用场景,旨在提高能源转换效率和安全 性。

生物基与可持续材料

生物基与可持续材料主要包括聚乳酸(PLA)和聚羟基脂肪酸酯(PHA)等生物基高分子材 料、生物基单体、二氧化碳基材料以及可持续回收设计材料。这些材料促进资源循环利用, 减少环境影响,支持绿色制造和可持续发展。

材料基因工程

材料基因工程通过高通量计算、实验及数据驱动的方法,革新传统研发模式。这一方向加速 新材料的发现与优化,涉及技术路径如MXenes(过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物)等, 提升研发效率和精准度。

先进材料产业重点支持领域

先进钢铁材料

重点支持超高强度汽车钢、高耐蚀海工钢、特种装备用钢、高等级电工钢、高性能工模具 钢、绿色低碳冶金技术产品(氢冶金钢),这些材料主要应用于汽车制造、海洋工程、特种 装备、电力设备、工业模具、钢铁生产领域,以满足高强度、耐腐蚀等性能需求。

先进有色金属材料

涵盖高强高韧铝合金(航空铝材、汽车轻量化用铝)、高性能镁合金、钛合金(宽幅板材、 精密型材)、铜基电子材料、稀有金属功能材料,这些产品服务于航空航天、汽车轻量化、 精密制造、电子元器件领域,提供轻量化、高强度的解决方案。

先进化工材料

包括高端聚烯烃(茂金属聚乙烯/聚丙烯)、特种工程塑料(聚醚醚酮、聚酰亚胺)、高性 能合成橡胶、可降解高分子材料、电子级化学品、高纯试剂,重点应用于高端制造、电子信 息、环保包装、化学试剂领域,支持功能化和可持续性发展。

先进无机非金属材料

涉及高性能水泥基复合材料、特种玻璃(显示玻璃基板、药用玻璃)、特种陶瓷(结构陶 瓷、功能陶瓷)、新型建筑材料(节能、防火、隔音),这些材料支撑建筑工程、显示器 件、医药包装、高端陶瓷制品、建筑节能产业发展,注重耐久性和能效提升。

所有材料品种均严格对应特定应用场景,构成完整的先进材料产业体系,促进相关行业的技 术升级和产业协同。

新材料产业核心发展方向

新材料产业的重点方向涵盖多个关键领域,每个领域对应特定的材料类型和应用场景,以确 保技术指标与实际需求严格匹配。

高端装备特种材料

该领域主要包括高温合金,例如单晶叶片和粉末冶金盘;耐蚀合金;高强轻型合金,如铝锂 和钛铝系合金;金属基及陶瓷基复合材料(CMC);以及极端环境服役材料,涵盖超低温和 强辐射类型。这些材料广泛应用于航空发动机、高端装备制造、极端环境装备(航天、核工 业)等领域。

新一代信息技术材料

此领域分为集成电路材料和新型显示材料两大类。集成电路材料涉及大尺寸硅片(300mm 及 以上)、碳化硅和氮化镓衬底与外延片、高纯金属靶材(铜、钴、钌等)、ArFi 和 EUV 光 刻胶、电子特气、高精度抛光材料、先进封装材料(扇出型封装、3D 集成电路用);新型 显示材料包括 OLED 发光/传输/注入材料、量子点材料、Micro - LED 外延与巨量转移材料 及柔性显示基板材料。重点支持方向为集成电路制造、半导体器件生产、电子封装及新型显 示器件开发。

新能源材料

新能源材料包含电池材料和光伏材料。电池材料涵盖高比能锂离子和钠离子电池材料、液流 电池材料、氢能相关材料;光伏材料包括高效晶硅(N 型硅片)和钙钛矿类型。应用范围覆 盖锂离子与钠离子电池、液流电池、氢能存储系统以及光伏电池制造。

生物医用材料

该领域涉及可降解植入材料,如金属/高分子骨修复材料和人工关节涂层;组织工程支架; 药物缓控释材料;心脏瓣膜材料;以及医用增材制造材料,包括钛粉和生物墨水。主要应用 于植入医疗器械、药物制剂生产、医用增材制造及诊断试剂开发。

节能环保材料

节能环保材料重点包括高性能分离膜(反渗透、气体分离)、汽车尾气催化材料、环境修复 材料、高温多孔材料、高效绝热材料及永磁节能材料等。这些材料用于水处理系统、工业环 保设备、节能装备制造及汽车尾气处理。

各领域材料的技术指标需与具体应用场景严格对应,例如高温合金必须满足航空发动机在极 端工况下的性能要求,集成电路材料需适配 300 毫米及以上硅片制造工艺,而生物材料则 需符合医用级降解标准和生物相容性要求。

重点材料领域技术需求分析

我国在多个关键领域对材料的需求正朝着专业化和高性能化的方向发展,具体体现在航空航 天、新能源汽车和电子信息等产业。

航空航天领域材料要求

在航空航天方面,当前亟需突破航空发动机所用的新型高温合金材料。这类材料在1100摄氏 度的极端环境下需保持持久强度不低于120兆帕,同时实现抗氧化性能提升30%以上。飞行器 结构材料则要求使用碳纤维复合材料,其纤维强度应达到或超过7吉帕,模量不低于350吉 帕,以确保轻量化和高强度特性。

新能源汽车领域材料标准

新能源汽车领域重点关注动力电池和轻量化技术。对于高镍三元正极材料,要求镍含量不低 于90%,能量密度达到300瓦时每千克或更高。车身制造中使用的铝合金材料需具备屈服强度 不低于350兆帕,并保持优良冲压性能,以支持高效生产和安全性能。

电子信息领域材料参数

电子信息领域的核心需求包括集成电路用的12英寸超高纯硅片,其纯度要求达到11N(即 99.999999999%)或更高。5G基站射频前端材料需要满足插损不超过0.5分贝和隔离度不低于 40分贝的关键参数,这些指标对基站信号传输质量起着决定性作用。

政策红利能否落地,取决于对技术指标的精准拆解、对资金节奏的精细把控、对本地资源的 高效协同。我们长期跟踪部委指南与地方配套,已协助多个项目完成从实验室到产线的闭 环。若您也在寻找把前沿材料转化为区域增长点的可行路径,欢迎随时交流,共探落地之道。

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