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中**化学的发展与展望


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一、50年来我**化学学科的发展历程与成就

  中**的近代化学在明末清初由欧洲传入,而明显的发展则开始于20世纪20年代,特别是1932年中**化学会成立以后。中**现代化学的迅速发展则是建**以后的事。

1.发展历程

我**化学在建**以来的发展,大致可以分为4个阶段。

(1)****阶段(1949~1955年)

  1949年,新成立的中**科学院的21个研究所中,有物理化学研究所(上海)和有机化学研究所(上海)。至1956年科学院化学类研究所已有4个,分别是有机所、大化所、应化所和化学所。当时高等院校也有一支研究力量,在中**化学会主办的《化学学报》上1954~1957年共发表论文215篇,其中高等院校的成果就有104篇。

  新中**成立后,有机化学方面:利用我**生物资源开展天然产物化学(尤其是中草药)的研究、合成抗生素类药物和甾体激素;物理化学方面开展了量子化学、晶体化学、热化学、胶体化学等方面的研究。

  我**的无机合成工作是以工业生产为先导的,1953年对侯德榜改进和发展的制碱法进行了生产规模的设计,1964年开始推广。除了制酸、氯碱和肥料工业获得大规模发展之外,我**已能对60多种元素的化合物进行不同规模的生产,品种近400种。

  我**分析工作者在着重建立和改进经典分析方法(化学分析)的同时,开始发展仪器分析方法,白手起家,建成了包括无机、微量有机的定性定量分析在内的相当完整的科研体系和有效的化学分析方法,如同位素分析方法的建立。

  建**初期对微量和半微量定性分析进行了较多的研究。在50年代末和60年代初即开始研究超微量分析,同时改进了基于燃烧的各种测定方法。

  为了尽快地进行经济建设,完成**家的工业化,在“任务带学科”的发展方针指导下,一些新的学科从无到有地建立起来,高分子就是一个代表。

  1952年,**家交给中**科学院有机化学研究所两项任务:聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)与聚己内酰胺(卡普纶,今名锦纶)的试制与工业化数据。这两项都属于高分子化学,成为中**早期的高分子工业。1953年,中**科学院成立全**性的高分子化合物委员会,负责规划、安排、协调全**高分子科研和生产工作,并于1954年召开了全******次高分子学术会议,宣读研究论文30余篇。

  中**的元素有机化学也是50年代才建立和发展起来的,主要由中**科学院、中**医学科学院和各高等学校分别担负。在**初几年里,结合恢复**民经济的任务,元素有机化学主要在3个方面做了工作。一是结合消灭血吸虫病的任务,制备锑有机化合物,1950~1957年间,先后应用酒石酸锑钾治疗血吸虫病患者76万人,治愈率达90%,应用葡萄糖酸锑钠治疗黑热病患者60万人,****治愈率达97.4%;二是结合农业药剂研究有机磷化合物,1950年北京农业大学合成了1605农药,改良了****上通用的生产方法,并于1951年进行小批量生产;第三方面是为了满足中**工业生产发展对新材料的需要,开展了有机硅单体及聚合物合成的研究。

解放后开始建立起合成橡胶、合成纤维和有机玻璃的化学工业。

  据统计,到1955年,在专门的化学类学术刊物上发表的论文中,有机化学、药物化学占48.5%,物理化学占14.2%,分析化学占20.9%,生物化学等占13.4%,而无机化学仅占3%。这些数字反映着当时中**的化学研究在不同领域内大致的发展状况。

(2)****阶段(1956~1966年)

  1956年,**务院着手编制中**的****个科学技术发展规划《1956年至1967年科学技术发展远景规划》,对我**化学的发展起了极大的推动作用。这一时期,科学院又分别在广州、成都、兰州、新疆、青海、北京、上海、山西、福建等地新建了9个新的化学类研究所。重视基础研究与完成**家急需的重大应用任务相结合,是这一时期我**化学发展的一个重要特点。

  12年规划提出了要加强高分子学科的建设,为满足********技术的需要而进行特种高分子的研究工作被提上了日程。1958年中**科学技术大学在****上率先建立了高分子科学系(下设高分子物理和高分子化学两个专业),对推动我**高分子科学事业的发展起到了重要的作用。1960年中**科学院化学所组建了我******个高分子物理研究室,同时长春应用化学研究所以合成橡胶结构表征、黏弹性和加工为目标开展研究,为我**高分子工业的初创和发展作出重要贡献。在此时期高分子科研工作者不仅合成了****已有的品种,也合成了一些具有我**特色的新的品种。

  有机化学研究的主要内容是对天然产物的提取、分离与分析。其中,由有机化学家参与的具有生物活性结晶牛胰岛素的全合成,成为这一时期有机化学发展的代表之作。

  无机化学研究不再单纯以无机原料的分析和定性测定为发展方向,而转入对无机化合物进行较系统的定量的和基础理论的研究,在无机合成、配位化学和稀有元素三方面的研究取得很大进展。

  生物无机化学产生于20世纪60年代,近30年来我**在这一领域研究日益广泛,尤其是近20年来取得重大进展,如通过对铂配合物与生物分子作用的研究,揭示了顺铂配合物的抗癌机理;发现了离子与人血白蛋白结合,诱导血清白蛋白产生交联缔合;还研究了稀土对单核苷酸及DNA的断裂作用等等。

(3)第三阶段(1966~1976年)

  1966年开始了“文化大革命”,科学技术事业受到严重摧残。到1975年基础理论研究几乎全部停止,研究人员流散各地,全**的科学技术事业完全瘫痪。

  尽管如此,仍有一部分化学工作者在坚持研究,利用有限的条件做一点力所能及的工作。卢嘉锡、蔡启瑞一直在做生物固氮模型;酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成的工作在****生物有机化学界产生了影响。聚丙烯纤维、封装材料等方面研究工作取得一系列较有影响的成果。而70年代初丁烯氧化脱氢制丁二烯以及与之配套的顺丁橡胶生产工艺,是我**独立自主进行化工过程开发应用的一个典范,对我**的化工生产和材料合成有着深远的意义。

(4)第四阶段(1976年以后)

  1978年,全**科学大会的召开,成为“科学的春天”到来的标志,但是,**内的科学研究已封闭了10年之久,对****化学发展状况所知甚少,研究方法仍是在沿袭以前的传统,进展缓慢,各分支学科均陆续进入了一个调整期。

  1983年**家编制了《1986年至2000年中**科学技术发展长远规划》,其中的五项任务之一是抓好一批重点基础研究项目。在这一思想的指导下,化学科学的基础性研究工作有了新的部署,如开展了金属有机化学、物理有机化学、络合物化学、静态与动态结构化学、分子反应动力学、表面化学(特别是固体表面化学)、光化学(包括非线性激光化学)、与发展各种新材料有关的高分子化学与物理以及无机固体化学等方面的基础研究工作,以填补过去的空白。

  经过70年代末到90年代初的调整与发展,我**的化学学科已比较完善,研究方向已基本明确,为90年代以后的全面发展奠定了较为坚实的基础。据统计,1985年我**化学界共发表论文11 906篇,仅占****化学论文总数的2.6%,居第9位;而且其中仅有1 374篇是以外文发表。如果以外文发表的论文看作是进入****交流的论文,那么日本是我**的22倍以上。由此可以看出当时我**化学界的总体水平。化学界开始注重提拔年轻人才,新培养的和出**留学归来的年轻研究人员逐渐进入重要岗位。

  伴随着研究队伍的更替与调整,化学开始在新的起点上迎接生命科学、****技术和**家发展所提出的种种挑战,并以科教兴**为己任,主动发展适合**家需求的理论方法、技术和潜在产业。

  按传统方法,我**化学学科的门类已经建立齐全,其中二级学科有物理化学、无机化学、有机化学、高分子化学、分析化学、化学工程学、环境化学,此外还有生物化学、感光化学、冶金化学、农业化学等。按**家自然科学基金委员会课题申请的专业统计,共有60多个三级基础学科,其中不包括被划归于生物、医学、材料、农业等系统的专业如生物化学、分子生物学、药物化学等。

  目前,我**高校共有250多个化学院系,有各类化学研究机构近千个,包括**家重点实验室19个,部门开放实验室23个以及省市实验室16个,共计58个。这些实验室大都配备有先进的科学仪器装备。我**出版的中英文专业化学期刊已超过30种。

  1997年SCI收入论文数前20名的单位中,有8个为化学研究单位;****发表论文被引用**多的前5个单位中,有3个单位属化学专业。根据《科技统计与分析》1998年第2期对中**科学院1991~1995年的论文统计资料,中**科学院的化学科技论文被引用的篇数和次数分别为1 011篇和2 124次,高于物理的960篇和1 810次,远超过生物、材料、地学等其他学科,而其经费投入并不高于其他学科。由此可见我**化学的面貌。

  我**的化学与****相比既有****,又有差距;其贡献既显著又不全尽人意。一方面,我**化学的迅速发展,为我**自主工业的建立,包括引进技术的吸收和消化,提供了基础条件;另一方面,我**化学研究水平与****的差距、与**家需求的差距,制约了**家许多方面的发展。其原因是多方面的,有化学自身发展时间不足的限制,有研究机制上的缺陷,有资金和政策指导上的不足,还有许多认识上的问题。

2.重要成就

  50年来,经过科技人员的辛勤努力,我**化学领域在基础研究、应用研究和开发工作的各个方面都取得了一系列有自己特色的研究成果。据统计,截止到1997年,化学在**家自然科学奖中共获奖84项,占总数的13.9%,近年所占比例又有上升趋势。各类科研成果数以千计,在**内外正式学术刊物上发表的论文及研究报告数以万计。下面分别从基础研究和应用发展两方面,简要叙述建**50年来我**化学科学取得的主要成果。

(1)50年来化学学科在基础研究方面不断取得重大成果

  50年来,我**化学学科取得了一系列的研究成果。先后获得**家自然科学奖一等奖4项,二等奖29项,三等奖36项,四等奖15项。下面就一、二等获奖项目作一简要回顾和介绍。

获自然科学一等奖4项:

① 人工全合成牛胰岛素研究(1982年获奖)

  1965年,我**的科学工作者经过6年多坚持不懈的努力,获得了人工全合成的牛胰岛素结晶。这是****上****个人工合成的蛋白质。此后,又合成了许多有实际应用价值的多肽激素,同时进行了更大蛋白质分子的人工合成。胰岛素人工合成的成功,为我**蛋白质的基础研究和实际应用开辟了广阔的前景。

② 配位场理论研究(1982年获奖)

  配位场理论、分子轨道理论、价键理论构成了研究分子结构的理论基础。吉林大学唐敖庆教授等人针对配位场理论的发展需要,克服了不少概念上和数学上的困难,使配位场理论系统化、标准化和更便于广泛地实际应用,对配位场理论研究作出了显著的贡献。

③ 分子轨道图形理论方法及其应用(1987年获奖)

  唐敖庆与江元生经系统研究,提出和发展了一系列新的数学技巧和模型方法,使这一量子化学形式体系,不论就计算结果或有关实验现象的解释上,均可表述为分子图形的推理形式,概括性高,含义直观,简单易行,深化了化学拓扑规律的认识。

④ 酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成(1987年获奖)

  核糖核酸的合成难度很大,中**科学院上海生物化学研究所**德宝及其协作者经过13年的不懈努力,制备了所有11种核苷酸(或核苷),包括4种普通核苷酸和7种稀有核苷酸,近10种核酸工具酶,以及各种化学试剂,终于在1981年实现了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成,这是****上****人工合成核糖核酸。这项研究还带动了核酸类试剂和工具酶的研究。带动了多种核酸类药物,包括抗肿瘤药物、抗病毒药物的研制和应用。

另外,还有29项成果获得**家自然科学二等奖:

稀土催化剂定向聚合研究(1982年)

化工冶金中的散式流态化(1982年)

硅酸聚合作用理论(1982年)

强化高炉冶炼过程的基本问题(1982年)

丁烯氧化脱氢制丁二烯新反应的研究(1982年)

 甾体激素的合成与甾体反应的研究(1982年)

分子结构与性能间的定量关系ⅰ诱导效应指数;ⅱ同系线性规律(1982年)

萃取剂的结构与性能研究(1982年)

有机磷生物活性物质与有机磷化学(1987年)

天花粉蛋白的化学──一级结构、二级结构、空间结构研究(1987年)

晶体体相结构与晶体化学的基础研究(1987年)

应用量子化学──成键规律和稀土化合物的电子结构(1987年)

青蒿素及其类物的全合成、反应和立体化学(1987年)

亚磺化脱卤研究(1987年)

大孔离子交换树脂及新型吸附树脂的结构与性能(1987年)

分子束反应动态学与分子传能研究(1987年)

有机金属导体的研究(1987年)

碱-集料反应(1987年)

在超声辐射作用下聚合物的降解和接枝(嵌段)共聚(1987年)

无气泡气固接触──稀相流态化,快速流态化,浅床流态化(1989年)

氟化学中单电子转移反应的研究(1989年)

高分子缩聚、加聚和交联反应统计理论(1989年)

群论方法在量子化学中的新应用(1989年)

有机砷、锑化合物在有机合成应用中的方法学(1993年)

钼、铁、硫等原子簇化合物的合成化学与结构化学(1993年)

导电聚吡咯的研究(1995年)

大柴旦盐湖调查、盐卤硼酸盐化学和综合利用的基础研究(1995年)

一些高张力分子的合成化学(1995年)

锑、铕、铈的****原子量新标准(1997年)

(2)我**的化学科学在应用基础及开发方面取得的一系列重大成果

① 为农业生产服务

  1966年,中**科学院大连化学物理研究所与化学工业部合作,研制成功了用于合成氨原料气净化新流程的脱硫、水煤气低温交换和甲烷化3种催化剂,使中**的合成氨工业迅速提高到60年代水平,至1982年,全**已在14个省、市的19家合成氨厂推广使用。该项成果被誉为中**合成氨工业的一场革命。

  我**研制并推广了一批新型****低毒农药,棉红铃虫性信息素、杀雄剂、植物生长激素、水稻棉花主要害虫性引诱剂的合成和应用,光可控分解塑料地膜,****吸水剂的研制和使用,也都促进了农业的发展。同时,我**化学家研制成功的气调储藏设备──氮气发生器和布基硅橡胶气调保鲜膜等保鲜方法,也已大量用于粮食和多种水果、蔬菜的保鲜。

② 为能源工业做出贡献

  20世纪50年代,科学院研制出一批用于石油炼制、天然气和煤的利用等方面的催化剂,缓解了能源紧张、尤其是液体燃料严重不足的问题。

  为提高我**石油的开采率,大庆石油管理局开发了能使大庆油田长期高产稳产的注水开发技术,该技术曾获1985年**家科技进步特等奖。

  为提高煤的利用率,如由煤出发制取液体燃料,一氧化碳加氢合成汽油,合成的汽油中无C12烃类,汽油收率为60%以上,质量亦有改善。科学院还开发了用于实现****燃烧和脱硫目的的快速床燃煤技术。

  1957年我**开始研究金属氢化物,1959年报导了氢化锂与氢化铝锂的研制工作。我**有关单位以LaNi5的氢化物为氢源,成功地开发出了氢燃料汽车。

③ 为我**自然资源开发和环境保护做出贡献

  对天然资源的开发利用做出了成绩

  我**于1952年开始稀土分离化学研究,中**科学院长春应用化学研究所相继建立了一系列稀土的生产流程,北京大学提出串级萃取理论等。

  有关研究所系统研究了白云鄂博含氟铁矿冶炼过程中的物理化学问题,为冶炼这类****上独特的矿石,设计合理的冶炼规程提供了科学依据。

  1965年中**科学院设立了盐湖研究所,建立了盐和卤水的全分析方法,得出盐湖水化学类型的分布。又解决了制取钾盐过程中一系列关键技术问题,使之成为目前我**大规模制取钾盐的主要工业路线。经过大量研究还提出了提取硼酸和氯化钾的新工艺,对盐湖中存在大量镁盐的利用也逐步开拓了各种新的途径。

重视环境保护研究

  完成了“京津渤区域环境综合研究”和“京津地区生态特征和污染防治研究”等课题,揭示了污染规律并寻找合理开发方案。

  对于我**西南地区酸雨污染问题和我**主要江湖污染状况进行了系统考察研究,提出了防治的对策,为地区建设规划的制定提供了科学依据。

④ 为我**的医疗卫生事业做出了贡献

  在天然产物有机化学方面,利用丰富的自然资源,结合历史悠久的传统医药,在甾体、萜类、生物碱及海洋天然产物各个分支都取得了有影响的成果并推动了药物研究的发展;在合成化学方面,合成药物、抗生素、合成农药、合成染料、有机磷萃取剂等,满足了经济建设的需求。

50年代初对抗生素药物的研究与开发,结束了我**不能自己生产青、链霉素之类的抗生素药物的历史。

  在医药工作者的合作下,成功地开发了甾族口服避孕药物。此外,中******的甲地孕酮已投入生产,并投放市场使用至今。

  全氟碳代血液是近年研究成功的一种具有输氧功能的人工血液,已成功地用于临床病例和战地救护,这在医学上具有极为重要的意义。

⑤ 为我**的材料工业的发展做出了突出贡献

  科学院与石油、化工等部门密切合作,开发完成了合成顺丁橡胶和正丁烷氧化脱氢制丁二烯两项成果的工业生产工艺及设计工作,70年代初实现了工业生产。

  在60年代初开展了丙烯定向聚合研究,70年代初研究了丙烯聚合的****络合催化剂,80年代研究出的担载型****催化剂,具有寿命长、聚合物等规度达98%、聚合物形态规整、粒度分布窄等特点。开发出降温母粒法,大大降低了纺丝温度,获得**佳纺丝效果,从而大幅度提高了丙纶织物的防老性、染色性。此项技术为****首创,曾获1989年**家科技进步一等奖,已在全**60多个厂家使用,创利税3亿多元,并多次荣获****发明奖。

  50年代中,开展了耐高温聚合物的研究。60年代初即开始聚酰亚胺的研究,并研制开发了在**民经济中有重大用途的聚四氟乙烯塑料、氟橡胶、有机硅树脂和耐油氟硅橡胶、弹性聚氨酯灌浆材料。

  我**于1958年研制成功尼龙1010,1961年实现工业化。

  50年代我**自行研制开发生产出了锦纶;60年代生产棉型维尼纶;70年代随着我**石油化工的发展,合成纤维工业蓬勃发展起来;80年代随着基础研究的不断深入,加工问题的不断解决,实现了丙纶低温纺丝,丙纶级聚丙烯树脂的研制、工业生产和应用,在1989年获**家科技进步一等奖。细旦超细旦纤维实现了工业化,化学合成纤维更趋于实用。

  晶体的合成和生长在旧中**是空白领域,目前我**在各种晶体生长方法和技术上已达到****水平。特别是新型闪烁晶体锗酸铋单晶(BGO)、低温相硼酸钡晶体(BBO)以及新开发的三硼酸锂单晶(LBO)的生长居****先进水平。

纳米材料和高温超导材料等都有很出色的工作。

⑥ 解决**防建设中的部分关键问题

从50年代开始,我**决定自行研制“两弹一星”,各有关化学研究所积极承接了许多有关的科研课题,为火箭、导弹和人造卫星等**防建设做出了重大贡献。

为鼓励科技成果的转化,从1979年和1985年起,**家分别设立了**家技术发明奖和**家科技进步奖。化学化工领域的科研和工程人员积极参与技术创新,其成果获技术发明和科技进步两项奖励。

1979年来化学化工领域获**家技术发明一等奖的科技成果有:

① 甲种分离膜的制造技术(1984年)

② 乙种分离膜的制造技术(1985年)

③ 坩埚下降法工业生产锗酸铋(BGO)大单晶方法(1987年)

④ 一种新型的非线性光学材料──L精氨酸磷酸盐(LAP)晶体(1987年)

⑤ 新型非线性光学晶体──三硼酸锂(LiB3O5)(1991年)

⑥ 石油重质组分催化裂解(Ⅰ型)制取低碳烯烃工艺及催化剂(1995年)

从1985年以来,化学化工领域获得**家科技进步特等奖的成果有:

① 大庆油田长期高产稳产的注水开发技术(1985年获奖)

② 顺丁橡胶工业生产新技术(1985年获奖)

二、迎接新世纪挑战,展望我**2010年化学学科发展前景

  我**的经济发展越来越离不开化学,化学在我**成为一门中心学科已是不争的事实。我**石油与石油化工企业有80多万家,加上其他化学和相关行业,我**参与化学研究与工作的人员队伍,其规模是****上少有的。这正是我**化学科学发展的背景和动力。

  当前,我**所面临的挑战有人口控制问题、健康问题、环境问题、能源问题、资源与可持续发展问题等。化学家们希望从化学的角度,通过化学方法解决其中的问题,为我**的发展和民族的振兴做出更大的贡献。随着**家对农业科学研究的重视,农业和食品中的化学问题研究已经引起越来越多化学工作者的关注。

  随着20世纪的结束,上述研究所涉及到的若干基本化学问题,无疑将成为21世纪我**化学研究的新方向,成为我**化学家有所作为的突破点。

1.若干化学基本问题的解决,将使化学学科自身在不同层次上得到丰富和发展

(1)反应过程与控制

  化学的中心是化学反应。虽然人们对化学反应的许多问题已有比较深刻的认识,但还有更多的问题尚不清楚。化学键究竟是如何断裂和重组的?分子是怎样吸收能量的?并是怎样在分子内激发化学键达到特定的反应状态的?这一系列属于反应动力学的问题都有待回答,其研究成果对有效控制反应十分重要。

  复杂体系的化学动力学、非稳态粒子的动力学、超快的物化过程的实时探测和调控以及极端条件下的物理化学过程都已经成为重要的研究方向。向生命学习,研究生命过程中的各种化学反应和调控机制,正成为探索反应控制的重要途径,真正在分子水平上揭示化学反应的实质及规律将指日可待。

(2)合成化学

  未来化学发展的基础是合成化学的发展,21世纪合成化学将进一步向****率和高选择性发展;新方法、新反应以及新试剂仍将是未来合成化学研究的热点;手性合成与技术将越来越受到人们的重视;各类催化合成研究将会有更大进展;化学家也将更多地利用细胞来进行物质的合成。我们相信随着生物工程研究的进展,通过生物系统合成所需要的化合物之目的能够很快实现,这些将使合成化学呈现出崭新的局面。仿生合成也是一个一直颇受注意的热点,该方面的研究进展将产生****的模拟酶催化剂,它们将对合成化学产生重要影响。

(3)基于能量转换的化学反应

  太阳能的光电转换虽早已用于卫星,但大规模、大功率的光电转换材料的化学研究则正在开始。太阳能光解水产生氢燃料的研究,已受到更大的重视,其中催化剂和****储氢材料是目前研究**多的课题。值得特别提出的是,关于植物光合反应研究已经取得了一定的突破,燃料电池的研究也已在一些单位展开并取得进展。随着石油资源的近于枯竭,近年来对燃烧过程的研究又重新被提到日程上来,细致了解燃烧的机制,不仅是推动化学发展的需要,也是充分利用自然资源的关键。我**现阶段注重研究催化新理论和新技术,包括手性催化和酶催化等。

(4)新反应途径与绿色化学

  我**现阶段研究,一方面注意降低各种工业过程的废物排放、排放废料的净化处理和环境污染的治理,另一方面重视开发那些低污染或无污染的产品和过程。因此,化学家不但要追求****率和高选择性,而且还要追求反应过程的“绿色化”。这种“绿色化学”将成为21世纪化学的重大变化。它要求化学反应符合“原子经济性”,即反应产率高,副产物少,而且耗能低,节省原材料,同时还要求反应条件温和,所用化学原料、化学试剂和反应介质以及所生成产物均无毒无害或低毒低害,与环境友善。毫无疑问,研究不排出任何废物的化学反应(原子经济性),对解决环境污染具有重大意义。****催化合成、以水为介质、以超临界二氧化碳为介质的反应研究将会有大的发展。

(5)设计反应

  综合结构、分子设计、合成、性能研究的成果以及计算机技术,是创造特定性能物质或材料的有效途径。分子团簇,原子、分子聚集体,已在我**研究多年。目前这些研究正在深入,并与现代计算机技术、生物、医学等相结合,以获得多角度、多层次的研究结果。21世纪的化学家将更普遍地利用计算机帮助进行反应设计,人们有望让计算机按照****化学家的思想方式去思考,让计算机评估浩如烟海的已知反应,从而选择**佳合成路线制得预想的目的化合物。

(6)纳米化学与单分子化学

  从化学或物理学角度看,纳米级的微粒性能由于其表面原子或分子所占比例超乎寻常的大而变得不同寻常。研究其特殊的光学、电学、催化性质以及特别的量子效应已受到重视。

  另一方面,借助STM/AFM和光摄等技术进行单分子化学的研究,将能观察在单分子层次上的许多不同于宏观的新现象和特异效应,对这些新现象和新效应的揭示可能会导致一些科学问题的突破。

(7)复杂体系的组成、结构与功能间关系研究

  21世纪的化学不仅要面对简单体系,还要面对包括生命体系在内的复杂系统。因此,除了研究分子的成键和断键,即研究离子键和共价键那样的强作用力之外,还必须考虑复杂体系中的弱相互作用力,如氢键,范德华力等。虽然它们的作用力较弱,但由此却组装成分子聚集体和分子互补体系。这种超分子体系常常具有全新的性能,或者可使通常无法进行的反应得以进行。基于分子识别观点进行设计、合成及组建新的、有各种功能的分子、超分子及纳米材料,将是未来一段时间中化学的重要研究内容。而深入研究控制分子的各种作用力,研究它们的本质并深刻了解分子识别,是一个颇具重大意义并充满挑战的课题。研究分子、分子聚集体的结构以及纳米微粒与各种物理化学性质的关系,特别是分子电子学的研究在21世纪初将会有较大的进展。

(8)物质的表征、鉴定与测试方法

  研究反应、设计合成、探讨生命过程、工业过程控制、商品检验等,都离不开对物质的表征、测试、组成与含量测定。能否发展和建立适合于原子、分子、分子聚集体等不同层次的表征、鉴定与测定方法,特别是痕量物质的测定方法,将成为制约化学发展的一大关键。我**目前的研究集中于以下几个方面:① 发展基于激光或其他原理的高灵敏度检测和分析方法,包括发展新的样品浓集或聚焦上样技术;② 发展具有极高分离效率的毛细管电泳、基于分子识别的高选择性分离技术以及各种传感器技术等;③ 探索建立基于微透析、电分析化学和传感器的现场或流水线测定方法;④ 构建多元和集成分析方法以适应类似于人类基因组工程计划等大规模分析测试的需要。可以说,上述研究方向的转变,成为20世纪末、21世纪初我**化学发展的一个显著特点,并将由此引发这一学科自身在各个层次上的变革,同时带动和促进其他学科与技术的共同繁荣和发展。

2.学科的渗透与交叉将使我**化学的发展面临更多的机会与挑战

  化学向其他学科的渗透趋势在21世纪将会更加明显。更多的化学工作者会投身到研究生命,研究材料的队伍中去,并在化学与生物学、化学与材料的交叉领域大有作为。化学必将为解决基因组工程、蛋白质组工程中的问题以及理解大脑的功能和记忆的本质等重大科学问题做出巨大的贡献。

  化学的发展已经、并将会进一步带动和促进其他相关学科的发展,同时其他学科的发展和技术的进步会反过来推动化学本身的不断前进。从微观看,化学家已经能够研究单分子中的电子过程与能量转移过程,从宏观看,化学家能探讨分子间的作用力和电子的运动。化学家不但能够描述慢过程,亦能跟踪超快过程,而这些研究将有助化学家在更深层次揭示物质的性质及物质变化的规律。化学家还不断地汲取数学、物理学和其他学科中发展的新理论和新方法,非线性理论和混沌理论等将对多元复杂体系的研究产生影响。

  化学研究的深入,还将带动我**仪器仪表工业发展。因为仪器仪表既是一个很大的行业,也是**家发达与否的标志之一。我**过去曾忽视对仪器的研制,导致了分析仪器依赖进口的局面。经过我**科学界和工业界等的共同努力,2010年我们将看到自己研制、生产的分析及测试仪器,如微型气相色谱仪、新型毛细管电泳仪、电化学传感器,还可能出现多功能组合仪器、智能型色谱等,我**的仪器仪表工业将进入一个蓬勃发展的时期。

3.**民生活质量的提高将得益于化学的发展

  我**人口在21世纪上半叶将达到16亿,保持我**农业的持续发展是我们面临的艰巨任务。农业发展的首要问题是保证全民族的食物安全和提高食物品质;其次是保护并改善农业生态环境,为农业持续发展奠定基础。化学将在创制****肥料和****农药、特别是与环境友善的生物肥料和生物农药,以及开发新型农业生产资料诸方面发挥巨大作用。我**化学家还将在克服和治理土地荒漠化、干旱及盐碱地等农业生态系统问题方面做出应有的贡献。科学家利用各种**先进的手段,有望揭示光合系统****吸能、传能和转能的分子机理及调控,建立反应中心能量转化的动力学模型和能量****传递的理论模型,从而达到****利用光能为农业增产服务的目的。

  21世纪化学将在控制人口数量,克服疾病和提高人的生存质量等人口与健康诸方面进一步发挥重大作用。未来的10年中,化学工作者将会发现和创造更安全和****的避孕药具。在攻克高死亡率和高致残的心脑血管病、肿瘤、高血脂和糖尿病以及艾滋病等疾病的进展中,化学工作者将不断创制包括基因疗法在内的新药物和新方法。此外,由于人口高速老龄化,老年病在21世纪初会成为影响我**人口生存质量的主要问题之一。化学将会在揭示老年病机理、开发和创制诊断和治疗老年性疾病药物和提高老年人的生活质量方面做出贡献。相信在21世纪初,我**化学家和药物化学家在针对肿瘤和神经系统等重要疾病的创新药物研究中,能发现和优化数个新药候选化合物,建立具有自主********的新药产业。中医药是我**的宝贵遗产,化学研究将在揭示中医药的有效成分、揭示多组分药物的协同作用机理方面发挥巨大作用,从而加速中医药走向****,实现产业化,成为我**经济的新的增长点。

4.在化学的支撑下,我**的**民经济将更上一个新的台阶

  化学将会在解决能源这一人类面临的重大问题方面做出贡献。目前我**的经济持续稳定增长,使能源开发利用面临需求增大和环境污染的双重压力。而能源利用效率低,环境污染严重是我**亟待克服的重要问题。发展新能源及其储能材料在受到化学家重视的同时,也引起政府部门的关注,科学研究和产业化研究正相伴而行。我**化学家可望在未来几年里创制和开发出多种新型催化剂,使我**的煤、天然气和煤层气的综合优化利用取得优异成绩,从而减缓我**的能源紧张和环境污染的压力。21世纪我**核能利用将进一步发展,而化学研究涉及到核能生产的各个方面,化学工作者必将为核能的安全利用做出应有的贡献。此外,化学家在大规模、大功率的光电转换材料方面的探索研究将导致太阳能的开发利用。化学家从事的新燃料电池的催化剂、新电池的研究可能在21世纪初出现突破,电动汽车将向实用化迈出一大步,这将改变人类能源消费的方式,同时提高人类生态环境的质量。

  展望21世纪我**的材料科学与工业的发展,化学必将发挥关键作用。首先,化学将不断提高基础材料如钢铁、水泥和通用有机高分子材料及复合材料的质量与性能;其次,化学工作者将创造各类新材料,如电子信息材料、生物医用材料、新型能源材料、生态环境材料和航天航空材料等,化学工作者将利用各种先进技术,在原子、分子及分子链尺度上对材料组织结构进行设计、控制及制造。特别要指出的是,晶体材料的设计理论和方法研究,是我**化学发展的一个重要且富有成效的领域,在21世纪它将会有更大的发展,一些有价值的具有新功能的晶体和大尺寸的新型非线性光学晶体、重要激光晶体、闪烁晶体及铁电陶瓷晶体研究将达到实用和开发水平。另一方面,我**是****稀土资源大**,总储量占****的80%,产量占****的70%,然而其中一大半是以资源或初级产品方式********,这种局面在未来的几年中将转变,我**化学家在2010年前将在稀土分离理论和高纯稀土分离、新型稀土磁学材料、发光材料等方面的研究中,取得一批具有********水平、明确应用前景和****性的基础研究成果和具有自主产权的重大关键技术,使我**的资源优势转化为产业优势。

  在世纪之交,展望未来10年化学事业的发展和化学对人类生活的影响,我们充满信心,亦倍感兴奋。化学是无限的,化学是至关重要的,它将帮助我们解决21世纪所面临的一系列问题,化学将迎来它的黄金时代!


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