為實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合重大理論問題、國(guó)際研究動(dòng)向和國(guó)內(nèi)現(xiàn)有研究基礎(chǔ)，未來10 年內(nèi)能源化學(xué)學(xué)科將重點(diǎn)發(fā)展以下研究領(lǐng)域。

　　一、碳基能源化學(xué)領(lǐng)域

　　(1)甲烷活化與轉(zhuǎn)化：尋求可以獲得較高目標(biāo)產(chǎn)物收率的甲烷催化轉(zhuǎn)化新途徑;注重開拓較為溫和反應(yīng)條件下的甲烷催化轉(zhuǎn)化的新方法，發(fā)展光、電、熱催化反應(yīng)耦合的新型催化體系;注重非常規(guī)方法的甲烷活化，探索使用不同氧化劑時(shí)甲烷的多種活化方式及極端反應(yīng)條件下的反應(yīng)方式，尋求高效反應(yīng)途徑;創(chuàng)新催化材料的設(shè)計(jì)與制備，不僅考慮甲烷在催化活性位上的活化，同時(shí)注重活性中心的微環(huán)境。

　　(2)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化：研究木質(zhì)纖維素的結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)及其預(yù)處理和主要組分分離的新方法;研究纖維素、半纖維素直接催化轉(zhuǎn)化為單糖、多元醇等平臺(tái)化合物及其催化轉(zhuǎn)化制備液體燃料和化學(xué)品;研究木質(zhì)素的綠色催化解聚以及芳烴和環(huán)烷烴等化合物的制備;面向木質(zhì)纖維素高選擇性轉(zhuǎn)化催化劑和反應(yīng)機(jī)理的基礎(chǔ)研究;將化學(xué)與生物轉(zhuǎn)化有機(jī)結(jié)合，發(fā)展木質(zhì)纖維素高效轉(zhuǎn)化的新方法與新過程。

　　(3)合成氣催化轉(zhuǎn)化：汲取近年有關(guān)活性相尺寸效應(yīng)、限域效應(yīng)及助劑作用等方面的成果，引入介孔沸石分子篩、納米碳材料以及低維納米結(jié)構(gòu)材料，發(fā)展核殼、限域等納米結(jié)構(gòu)催化材料的合成方法，創(chuàng)制高活性高選擇性合成氣轉(zhuǎn)化催化劑;結(jié)合理論模擬和譜學(xué)表征研究，揭示反應(yīng)條件下CO/CO2活化和C—C 偶聯(lián)機(jī)理，深入認(rèn)識(shí)控制碳鏈增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素;構(gòu)建多功能協(xié)同催化體系，有效利用反應(yīng)耦合，開拓和發(fā)展合成氣轉(zhuǎn)化的新反應(yīng)和新過程;反應(yīng)器設(shè)計(jì)和反應(yīng)過程強(qiáng)化方面的創(chuàng)新。

　　(4)二氧化碳化學(xué)利用：二氧化碳催化活化轉(zhuǎn)化全方位的理論分析及分子模擬;二氧化碳轉(zhuǎn)化催化劑的新型制備方法;探尋二氧化碳負(fù)離子利用的潛在價(jià)值;探尋二氧化碳催化轉(zhuǎn)化新反應(yīng)或新反應(yīng)途徑;二氧化碳光催化轉(zhuǎn)化和光電催化轉(zhuǎn)化。

　　二、電能能源化學(xué)領(lǐng)域

　　(1)燃料電池：低鉑/ 非鉑催化氧還原與氫(及生物質(zhì)燃料)氧化過程，含催化材料與催化機(jī)理解析;新型抗自由基非氟固態(tài)電解質(zhì)的分子設(shè)計(jì)與合成;高效能量轉(zhuǎn)換多孔電極界面行為與極化本質(zhì);高一致性電堆選控策略與機(jī)制、高可靠性系統(tǒng)集成技術(shù);高燃料利用率的燃料電池水熱管理技術(shù);開發(fā)新型儲(chǔ)氫材料及高效低成本的制氫技術(shù)。

　　(2)動(dòng)力電池：高比能量材料體系研發(fā);研究電極反應(yīng)過程、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、界面調(diào)控等基礎(chǔ)科學(xué)問題;發(fā)展電極表界面的原位表征方法;開展基于全電池系統(tǒng)的電化學(xué)過程研究;促進(jìn)鋰硫電池等新型金屬鋰電池體系研發(fā)成果的轉(zhuǎn)化。

　　(3)液流電池：高濃度、高穩(wěn)定性電解質(zhì)溶液的制備技術(shù)與工程化放大技術(shù);高性能非氟離子傳導(dǎo)膜的工程化及產(chǎn)業(yè)化技術(shù);高導(dǎo)電性、高活性電極雙極板的工程化及產(chǎn)業(yè)化技術(shù);大容量、高功率密度液流電池電堆的研究開發(fā);大規(guī)模(高功率、大容量)液流電池儲(chǔ)能電站技術(shù)的研究開發(fā)及商業(yè)化應(yīng)用示范工程。

　　(4)儲(chǔ)能型鋰/ 鈉離子電池： 低成本、長(zhǎng)壽命鋰/ 鈉離子電池材料的研究;材料的表面結(jié)構(gòu)與功能調(diào)控;電池性能演變過程的研究;電池安全性機(jī)制與控制技術(shù);快速電極反應(yīng)過程機(jī)理的研究;鋰/ 鈉離子電池的資源利用與環(huán)境保護(hù)。

　　(5)鉛酸和鉛碳電池：碳材料作用機(jī)理研究;負(fù)極析氫抑制技術(shù)的研究;碳材料的微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備技術(shù)研究;電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)技術(shù)研究。

　　(6)鋰- 空氣電池：高穩(wěn)定性、高催化活性正極材料的研究;不揮發(fā)高電化學(xué)穩(wěn)定性電解液的研究;提高金屬鋰電極的界面穩(wěn)定性的研究;高性能固體電解質(zhì)隔膜與氧氣選擇透過技術(shù)的研究。

　　(7)全固態(tài)電池：發(fā)展具有高離子電導(dǎo)率和高環(huán)境應(yīng)變性的離子導(dǎo)體等固體電解質(zhì)體系，開展新型快離子導(dǎo)體材料的合成方法與電化學(xué)性能研究;開展界面物質(zhì)間的化學(xué)和電化學(xué)相互作用及其反應(yīng)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)的研究;發(fā)展全固態(tài)鋰電池制備技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

　　(8)可穿戴柔性電池與微電子系統(tǒng)儲(chǔ)能器件：研發(fā)具有優(yōu)異機(jī)械性能和良好電化學(xué)性能的電極材料和新型固態(tài)電解質(zhì);研發(fā)具有高的電子電導(dǎo)率和良好的機(jī)械性能的柔性集流體;研究強(qiáng)度高、柔韌性好的封裝材料;設(shè)計(jì)與電子系統(tǒng)適配的新型電池結(jié)構(gòu)和封裝技術(shù)。

　　三、太陽能能源化學(xué)領(lǐng)域

　　(1)太陽能電池：發(fā)展結(jié)合第1～第3 代太陽能電池的新型疊層技術(shù);第3 代太陽能電池技術(shù)的實(shí)用化。

　　(2)太陽能燃料：寬光譜半導(dǎo)體材料的開發(fā)與制備技術(shù)研究;光(電)催化分解水制氫的基礎(chǔ)研究與規(guī)模化;光(電)催化二氧化碳還原催化劑的設(shè)計(jì)合成;太陽能電池與電催化的結(jié)合;高效光電化學(xué)系統(tǒng)的界面工程。

　　(3)太陽能熱化學(xué)：太陽能熱化學(xué)燃料轉(zhuǎn)化;太陽能熱化學(xué)儲(chǔ)能;太陽能熱化學(xué)互補(bǔ)發(fā)電。

　　四、熱能能源化學(xué)領(lǐng)域

　　(1)燃燒化學(xué)：探究關(guān)鍵燃燒基元反應(yīng)的微觀機(jī)制;開展燃燒反應(yīng)中間產(chǎn)物的準(zhǔn)確測(cè)量和模型的寬范圍驗(yàn)證;建立液體和固體燃料燃燒反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型;深入研究燃燒污染物形成機(jī)理。

　　(2)化學(xué)鏈燃燒：氧載體的篩選及性能研究;化學(xué)鏈燃燒反應(yīng)器的設(shè)計(jì)優(yōu)化;化學(xué)鏈燃燒系統(tǒng)的拓展應(yīng)用。

　　(3)高溫燃料電池：熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)材料基礎(chǔ)研究;固體氧化物燃料電池(SOFC)材料基礎(chǔ)研究;高溫燃料電池工程化應(yīng)用示范研究;直接碳燃料電池(DCFC)的研究。

　　(4)高溫電解水蒸氣制氫：固體氧化物電池(SOEC)電極反應(yīng)機(jī)理的研究;SOEC 電堆衰減機(jī)制研究;發(fā)展高溫原位表征手段;SOEC 新材料體系的研發(fā)和微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化;新型SOEC 電解池的研發(fā);發(fā)展大規(guī)模系統(tǒng)集成技術(shù)以及與清潔能源的耦合技術(shù)，建立先進(jìn)工程示范裝置;發(fā)展高溫共電解CO2/水蒸氣制備合成氣技術(shù)。

　　五、能源物理化學(xué)與能源材料化學(xué)領(lǐng)域

　　(1)能源表界面物理化學(xué)：能源表界面的熱力學(xué)/ 動(dòng)力學(xué)特性及結(jié)構(gòu)調(diào)變電子態(tài)的規(guī)律;能源表界面結(jié)構(gòu)的修飾和能源化學(xué)過程的調(diào)控;能源表界面的外場(chǎng)調(diào)控和能源化學(xué)過程的增強(qiáng);能源物理化學(xué)過程的表征新技術(shù);能源物理化學(xué)過程的理論研究新方法。

　　(2)能源化學(xué)理論問題：基礎(chǔ)計(jì)算方法的發(fā)展;新概念和新理論的提出;高通量篩選、大數(shù)據(jù)和計(jì)算信息學(xué)的融合發(fā)展。

　　(3)能源新材料制備：功能介孔材料的制備;金屬納米結(jié)構(gòu)的制備;二維半導(dǎo)體材料的制備;復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的制備。

　　六、能源化學(xué)系統(tǒng)工程領(lǐng)域

　　(1)基于化學(xué)能源的(冷)熱電聯(lián)供：(冷)熱電聯(lián)供系統(tǒng)的優(yōu)化配置與選型研究;(冷)熱電聯(lián)供系統(tǒng)的能量管理與運(yùn)行策略研究;新技術(shù)在(冷)熱電聯(lián)供系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　(2)煤基多聯(lián)產(chǎn)：多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)化學(xué)能和物理能梯級(jí)利用的能量轉(zhuǎn)換機(jī)理研究;煤熱解分級(jí)轉(zhuǎn)化研究;煤、生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)研究;煤基多聯(lián)產(chǎn)靈活系統(tǒng)(燃料、產(chǎn)品)設(shè)計(jì)。

　　(3)生物質(zhì)氣化多聯(lián)產(chǎn)：生物質(zhì)制氫與液體燃料合成技術(shù);BGFC-GT 一體化技術(shù);生物質(zhì)與天然氣基及其互補(bǔ)的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)集成;靈活系統(tǒng)(燃料、產(chǎn)品)設(shè)計(jì)與聯(lián)產(chǎn)方案優(yōu)化。

　　(4)換熱網(wǎng)絡(luò)：基于夾點(diǎn)分析、數(shù)學(xué)規(guī)劃、人工智能等技術(shù)的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;基于夾點(diǎn)分析與數(shù)學(xué)規(guī)劃結(jié)合的換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化;換熱網(wǎng)絡(luò)控制與工藝一體化設(shè)計(jì)。

　　(5)能源互聯(lián)網(wǎng)：不同類儲(chǔ)能系統(tǒng)的優(yōu)化配置;能源互聯(lián)網(wǎng)核心單元的優(yōu)化設(shè)計(jì)、協(xié)調(diào)調(diào)度和運(yùn)行控制;多類型能源網(wǎng)絡(luò)的耦合與連接;基于大數(shù)據(jù)挖掘的優(yōu)化設(shè)計(jì)和運(yùn)行方案研究。

　　本文摘編自國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院編《中國(guó)學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略·能源化學(xué)》第一章，內(nèi)容有刪減。