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第1章 二维半导体材料 001
1.1 二维半导体材料的研究背景 001
1.2 二维半导体材料的研究进展与前沿动态 003
1.2.1 二维半导体材料及其异质结构 003
1.2.2 二维半导体材料器件技术应用 006
1.3 我国在二维半导体材料领域的学术地位及发展动态 009
1.3.1 我国在二维半导体材料领域的学术地位及作用 009
1.3.2 我国在二维半导体材料领域的发展动态 010
1.4 作者团队在二维半导体材料领域的学术思想和主要研究成果 012
1.4.1 二维半导体材料可控生长及掺杂 012
1.4.2 二维半导体器件性能调控与集成 014
1.5 二维半导体材料的发展重点与展望 016
第2章 单分子科学 020
2.1 单分子科学的研究背景 020
2.2 单分子科学的研究进展与前沿动态 021
2.2.1 扫描探针显微镜 022
2.2.2 单分子结 023
2.2.3 纳米孔与纳米微腔 026
2.2.4 单分子光信号检测 027
2.2.5 单分子力谱 029
2.2.6 交叉分子束 031
2.3 我国在单分子科学领域的学术地位及发展动态 031
2.3.1 单分子器件的优化与性能提升 032
2.3.2 单分子动态行为的原位表征 034
2.3.3 单分子生命检测的技术革新 036
2.4 作者团队在单分子科学领域的学术思想和主要研究成果 037
2.4.1 建立和完善了制备稳定单分子器件的突破性技术 037
2.4.2 构建了国际首例稳定可控的单分子电子开关器件 038
2.4.3 发展了单分子光电一体化检测的关键性技术 040
2.5 单分子科学的展望与未来 041
2.5.1 推进单分子器件的原子精准制造与集成技术的发展 041
2.5.2 推进单分子多维度表征技术的发展 042
2.5.3 开展具有中国标签的单分子反应动力学研究 042
2.5.4 推动单分子研究在新兴交叉领域的突破 043
第3章 塑性无机非金属材料 045
3.1 塑性无机非金属材料的研究背景 045
3.2 塑性无机非金属材料的研究进展与前沿动态 046
3.2.1 代表性塑性无机非金属材料 046
3.2.2 无机非金属材料塑性形变机理 050
3.2.3 塑性无机非金属材料的代表性应用 055
3.3 我国在塑性无机非金属材料领域的学术地位及发展动态 060
3.4 作者团队在无机非金属材料领域的学术思想与主要研究成果 061
3.5 塑性无机非金属材料近期的发展重点 062
3.6 塑性无机非金属材料的展望与未来 063
第4章 稀土掺杂光学微腔 065
4.1 稀土掺杂光学微腔的研究背景 065
4.1.1 回音壁模式光学微腔 065
4.1.2 稀土发光元素 067
4.2 稀土掺杂光学微腔的研究进展与前沿动态 068
4.2.1 二氧化硅与氮化硅 068
4.2.2 氧化铝 070
4.2.3 铌酸锂 071
4.2.4 特种玻璃 072
4.2.5 YAG晶体 074
4.2.6 聚合物 074
4.3 我国在稀土掺杂光学微腔领域的学术地位及发展动态 075
4.4 作者团队在稀土掺杂光学微腔领域的学术思想和主要研究成果 077
4.5 稀土掺杂光学微腔研究的展望与未来 081
第5章 共价有机框架材料 082
5.1 共价有机框架材料的研究背景 082
5.1.1 共价有机框架（COFs）材料简介 082
5.1.2 COFs材料的设计与合成 084
5.2 COFs材料的研究进展与前沿动态 086
5.2.1 COFs材料在气体分离领域的应用 087
5.2.2 COFs材料在催化领域的应用 088
5.2.3 COFs材料在降碳领域的应用 088
5.2.4 COFs材料在新能源领域的应用 089
5.2.5 COFs材料在生物医药领域的应用 090
5.2.6 COFs材料在核工业领域的应用 091
5.2.7 COFs材料在其他领域的应用 092
5.3 我国在COFs材料领域的学术地位及发展动态 093
5.4 作者团队在COFs材料领域的学术思想和主要研究成果 096
5.4.1 合成方法的重大突破 096
5.4.2 分离功能COFs材料的创新设计 097
5.4.3 光驱动晶态人工肌肉的开创性研究 097
5.4.4 高效光催化COFs材料的研发 098
5.4.5 高质子传导COFs材料的突破 098
5.5 COFs材料的发展重点 099
5.5.1 国外框架材料的产业化现状 099
5.5.2 国内框架材料的产业化现状 100
5.6 COFs材料的展望与未来 101
第6章 单原子催化 103
6.1 单原子催化的研究背景 103
6.1.1 单原子催化的理论基础 103
6.1.2 单原子催化概念的提出 104
6.1.3 单原子催化剂与相近概念的区别与联系 105
6.2 我国在单原子催化领域的学术地位及发展动态 106
6.2.1 我国在单原子催化领域的学术地位 106
6.2.2 我国在单原子催化领域的发展动态 108
6.3 作者团队在单原子催化领域的学术思想和主要研究成果 110
6.3.1 学术思想 110
6.3.2 研究成果与创新 111
6.4 单原子催化的发展重点 115
6.4.1 与人工智能、大数据结合实现单原子催化剂的精准设计 115
6.4.2 高负载量单原子催化剂的简便、绿色合成与规模化制备 116
6.4.3 单原子催化剂重要催化反应过程的开发 117
6.5 单原子催化的展望与未来 118
6.5.1 单原子催化的应用设计和合成 118
6.5.2 单原子催化实现基础化学品的智能制造 119
6.5.3 单原子催化实现精细化学品的绿色合成 119
6.5.4 单原子催化在交叉领域的深度融合 120
第7章 接触电致催化及其新材料 122
7.1 接触电致催化的研究背景 122
7.2 接触电致催化的研究进展与前沿动态 123
7.2.1 接触电致催化的基本原理 123
7.2.2 接触电致催化的触发条件及影响因素 127
7.2.3 接触电致催化的重要应用 131
7.3 我国在接触电致催化领域的学术地位及发展动态 135
7.4 作者团队在接触电致催化领域的学术思想和主要研究成果 137
7.4.1 首次提出接触电致催化机制 137
7.4.2 接触电致催化的体系化研究 138
7.4.3 接触电致催化面向国家“双碳”目标的重要应用 140
7.5 接触电致催化材料的发展重点 144
7.5.1 材料极性对接触电致催化的影响 144
7.5.2 材料接触起电能力对接触电致催化的影响 144
7.5.3 面向高温下高接触电致催化效率的材料研究 144
7.6 接触电致催化的展望与未来 145
第8章 磁性分子探针 147
8.1 磁性分子探针的研究背景 147
8.2 磁性分子探针的研究进展与前沿动态 150
8.2.1 磁性分子探针的制备方法 150
8.2.2 磁性分子探针的功能化修饰 152
8.2.3 磁性分子探针的生物应用 153
8.3 我国在磁性分子探针领域的学术地位及发展动态 157
8.4 作者团队在磁性分子探针领域的学术思想和主要研究成果 160
8.4.1 磁性分子探针的合成 160
8.4.2 磁性分子探针用于疾病的诊断 161
8.4.3 磁性分子探针用于疾病的治疗 161
8.5 磁性分子探针近期研究发展重点 163
8.6 磁性分子探针的展望与未来 164
第9章 生物化学晶体管 166
9.1 生物化学晶体管研究背景 166
9.1.1 原理简介 166
9.1.2 性能优势 167
9.1.3 应用领域 167
9.2 生物化学晶体管的研究进展与前沿动态 168
9.2.1 分子识别材料 168
9.2.2 信号转换材料 169
9.2.3 材料界面设计 169
9.3 我国在先进生物化学晶体管传感材料领域的学术地位及发展动态 170
9.3.1 晶体管传感材料及器件的代表性工作 170
9.3.2 晶体管生物医学应用的代表性工作 172
9.4 作者团队在先进生物化学晶体管传感材料领域的学术思想和主要研究成果 172
9.4.1 晶体管材料研究 172
9.4.2 传感界面调控和器件构筑研究 174
9.4.3 晶体管型检测设备与应用研究 175
9.5 先进生物化学晶体管传感材料发展重点 177
9.5.1 分子识别探针筛选和设计 177
9.5.2 晶体管传感材料的功能化 177
9.6 先进生物化学晶体管传感材料的展望与未来 178
第10章 团簇组装低维材料 181
10.1 团簇组装低维材料的研究背景 181
10.2 团簇组装一维材料的研究进展与前沿动态 182
10.2.1 富勒烯组装一维材料 183
10.2.2 硅/锗团簇组装一维材料 184
10.2.3 Asn团簇组装一维体系 188
10.2.4 金属团簇组装一维材料 190
10.2.5 其他理论预测的团簇组装一维体系 192
10.3 团簇组装二维材料的研究进展与前沿动态 193
10.3.1 C60组装单层 193
10.3.2 Cn组装单层 197
10.3.3 硅团簇组装二维材料 199
10.3.4 Chevrel团簇组装二维材料 203
10.4 团簇组装低维材料的展望与未来 206
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| 內容試閱：
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当前科研范式深刻变革，基础研究、应用研究与试验发展深度融合，转化周期缩短，与工程科技联系更紧密。国际科技竞争持续向基础前沿前移，必须抢抓机遇，从底层推动原创颠覆性创新，强化基础研究与产业研发联动，构建理论技术闭环迭代机制，从而开辟新领域、新赛道，塑造新动能、新优势，加速发展新质生产力。我国产业体系仍存在短板，根源在于基础理论认知不足。面向现代化经济体系建设与产业链安全需求，亟需强化学术本源与前沿突破，前瞻布局需求导向的基础研究，贯通基础研究→产业应用、技术攻关→颠覆性创新全链条路径。
新材料作为新质生产力的物质基础，已成为全球战略竞争的焦点，学术制高点决定未来产业主导权。前沿研究呈现了材料-器件一体化趋势，交叉学科与先进制造深度耦合。我国新材料的研发水平出现了结构体系化、前沿引领化、应用跨越化的新态势，亟需发挥工程科技人员与基础研究专家汇聚优势，协同凝练基础科学问题；强化系统工程思维在基础研究布局中的核心作用；贯通基础研究→应用转化链条，牵引科学突破，驱动科技创新与产业变革，实现高水平科技自立自强。
《中国新材料研究前沿报告（2024）》（以下简称《报告》）是在中国材料研究学会承担中国工程院重大战略咨询项目“先进材料工程科技未来20年发展战略研究”所取得的研究成果的基础上完成的专题研究报告，是中国材料研究学会品牌系列出版物之一。《报告》坚持以国家重大战略需求为导向，重点攻关“卡脖子”关键核心技术，聚焦关键战略材料的最新研究动态，深入开展调查研究，关注重大原创基础研究，提升基础创新能力，构建制造和应用核心技术自主发展体系，形成了多篇兼具专业性、前瞻性、时效性的专题调研报告，从而推进新材料行业重大原创或颠覆性技术开发的新学术生态的建设。
《报告》涉及的新材料包括二维半导体材料、单分子科学、塑性无机非金属材料、稀土掺杂光学微腔、共价有机框架材料、单原子催化、接触电致催化及其新材料、磁性分子探针、生物化学晶体管、团簇组装低维材料等。各章包含研究背景、全球研究进展与前沿动态、我国研究发展现状及学术地位、作者在该领域的主要研究成果和学术成就、我国在该领域近期研究发展重点及展望等。
我谨代表编委会对中国工程院及其化工、冶金与材料工程学部提供的支持表示感谢，对致力于中国新材料前沿科学与技术发展、提供内容框架指导、撰写专题报告、审阅修改报告的所有专家、作者以及为本报告的编辑和出版做出贡献的所有人士表示诚挚的感谢。
特别感谢参与本书编写的所有作者！
第1章 二维半导体材料 程瑞清 尹蕾 何军
第2章 单分子科学 郭雪峰 杨晨 贾传成
第3章 塑性无机非金属材料 史迅 仇鹏飞 谢森宇 陈立东
第4章 稀土掺杂光学微腔 施雷 徐康 张新亮
第5章 共价有机框架材料 张振杰 毛天晖 张楠 刘兆菲
第6章 单原子催化 闵祥婷 刘存 唐晶晶 于博宇 乔波涛
第7章 接触电致催化及其新材料 王中林 唐伟 史开洋 董轩立
第8章 磁性分子探针 侯仰龙 王静静 王術人 汪志义
第9章 生物化学晶体管 魏大程 王学军 赵俊虹
第10章 团簇组装低维材料 郭宇 刘志锋 周思 赵纪军
希望本书的出版能够为有关部门的管理人员、从事新材料研发的科技人员、新材料产业界人员以及其他相关人员提供有益的参考。
谢建新
二〇二四年十二月
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