國家自然科學基金委員會關于發布“十三五”第五批重大項目指南及申請注意事項的通告

國科金發計〔2020〕54號

　　 

　　國家自然科學基金委員會（以下簡稱自然科學基金委）根據《國家自然科學基金“十三五”發展規劃》優先發展領域和新時代科學基金深化改革戰略部署，在深入研討和廣泛征求科學家意見的基礎上，現發布“十三五”第五批8個科學部63個重大項目指南（見附件），請申請人及依托單位按重大項目指南中所述的要求和注意事項提出申請。

　　一、定位

　　重大項目面向科學前沿和國家經濟、社會、科技發展及國家安全重大需求中的重大科學問題，超前部署，開展多學科交叉研究和綜合性研究，充分發揮支撐與引領作用，提升我國基礎研究源頭創新能力。

　　二、申請條件和要求

　　（一）申請條件。

　　重大項目或重大項目課題申請人應當具備以下條件：

　　1．具有承擔基礎研究課題的經歷；

　　2．具有高級專業技術職務（職稱）。

　　在站博士后研究人員、正在攻讀研究生學位以及無工作單位或者所在單位不是依托單位的科學技術人員不得作為申請人進行申請。

　　部分重大項目對申請條件有特殊要求的，以相關重大項目指南為準。

　　（二）申請要求。

　　1.重大項目的資助期限為5年，申請書中的研究期限應填寫2021年1月1日—2025年12月31日。

　　2.每個重大項目應當圍繞科學目標設置不多于5個課題（部分重大項目的課題設置數量有具體要求的，以相關重大項目指南為準），并分別撰寫項目申請書和課題申請書。重大項目只受理整體申請，項目申請人應當是其中1個課題的申請人。

　　每個課題的合作研究單位數量不得超過2個。每個重大項目依托單位和合作研究單位數量合計不得超過5個（部分重大項目的合作研究單位數量有具體要求的，以相關重大項目指南為準）。

　　三、限項申請規定

　　1.申請人（不含主要參與者）同年只能申請1項重大項目。上一年度獲得重大項目資助的項目主持人和課題負責人，本年度不得作為項目申請人和課題申請人申請重大項目。

　　2.具有高級專業技術職務（職稱）的人員，申請（包括申請人和主要參與者）和正在承擔（包括負責人和主要參與者）以下類型項目總數合計限為2項：面上項目、重點項目、重大項目、重大研究計劃項目（不包括集成項目和戰略研究項目）、聯合基金項目、青年科學基金項目、地區科學基金項目、優秀青年科學基金項目、國家杰出青年科學基金項目、重點國際（地區）合作研究項目、直接費用大于?200?萬元/項的組織間國際（地區）合作研究項目（僅限作為申請人申請和作為負責人承擔，作為主要參與者不限）、國家重大科研儀器研制項目（含承擔國家重大科研儀器設備研制專項項目）、基礎科學中心項目、資助期限超過?1?年的應急管理項目、原創探索計劃項目以及資助期限超過?1?年的專項項目[特殊說明的除外；應急管理項目中的局（室）委托任務及軟課題研究項目、專項項目中的科技活動項目除外]。

　　具有高級專業技術職務（職稱）的人員作為主要參與者正在承擔的 2019 年（含）以前批準資助的項目不計入申請和承擔總數范圍，2020 年（含）以后申請（包括申請人和主要參與者）和批準（包括負責人和主要參與者）項目計入申請和承擔總數范圍。

　　3.優秀青年科學基金項目和國家杰出青年科學基金項目申請時不計入申請和承擔總數范圍；正式接收申請到自然科學基金委作出資助與否決定之前，以及獲得資助后，計入申請和承擔總數范圍。

　　4.國家重大科研儀器研制項目（部門推薦）獲得資助后，項目負責人在準予結題前不得作為申請人申請重大項目。

　　5.基礎科學中心項目申請時不計入申請和承擔總數范圍；正式接收申請到自然科學基金委作出資助與否決定之前，以及獲得資助后，計入申請和承擔總數范圍。基礎科學中心項目負責人及主要參與者（骨干成員）在結題前不得申請或參與申請重大項目。

　　6.原創探索計劃項目從預申請開始直到自然科學基金委作出資助與否決定之前，不計入申請和承擔總數范圍；獲資助后計入申請和承擔總數范圍。

　　四、申請注意事項

　　（一）項目申請接收。

　　重大項目申請報送日期為2020年9月12日至16日16時。項目申請采取無紙化申請。

　　（二）申請人注意事項。

　　申請人在填寫重大項目申請書（項目申請書或課題申請書）時，應當根據要解決的關鍵科學問題和研究內容，選擇科學問題屬性。申請項目具有多重科學問題屬性的，申請人應當選擇最相符、最能概括申請項目特點的一類科學問題屬性。

　　重大項目申請書（項目申請書或課題申請書）采取在線方式撰寫，對申請人具體要求如下：

　　1．申請人在填報申請書前，應當認真閱讀本項目指南和《2020年度國家自然科學基金項目指南》中的相關內容，不符合項目指南和相關要求的項目申請不予受理。

　　2.申請人登陸科學基金網絡信息系統https://isisn.nsfc.gov.cn/（以下簡稱信息系統，沒有信息系統賬號的申請人請向依托單位基金管理聯系人申請開戶），按照撰寫提綱及相關要求撰寫申請書。

　　3.重大項目的項目申請人應在信息系統中首先填寫“項目申請書”，然后給該重大項目課題申請人賦予課題的申請權限，未經賦權的課題申請人將無法提交申請。

　　4.申請書的資助類別選擇“重大項目”，亞類說明選擇“項目申請書”或“課題申請書”，附注說明選擇相關的重大項目名稱，根據申請的具體研究內容選擇相應的申請代碼（部分重大項目有具體要求的，按照相關重大項目指南要求填寫）。

　　5.申請人應當按照重大項目申請書（項目申請書或課題申請書）的撰寫提綱撰寫申請書，如果申請人已經承擔與所申請重大項目相關的其他科技計劃項目，應當在報告正文的“研究基礎”部分說明本申請項目與其他相關項目的區別與聯系。

　　項目申請書中的主要參與者只填寫各課題申請人相關信息；課題申請書中的主要參與者包括課題所有主要成員相關信息。

　　6.重大項目實行成本補償的資助方式，自然科學基金委將組織專家對建議資助項目進行資金預算專項評審。申請人應當認真閱讀《2020年度國家自然科學基金項目指南》申請須知中預算編報要求的內容，嚴格按照《國家自然科學基金資助項目資金管理辦法》、《關于國家自然科學基金資助項目資金管理有關問題的補充通知》（財科教〔2016〕19號）、《國家自然科學基金委員會、財政部關于進一步完善科學基金項目和資金管理的通知》（國科金發財〔2019〕31號）以及《國家自然科學基金項目資金預算表編制說明》的要求，認真如實編報《國家自然科學基金項目資金預算表》。

　　7.申請人完成申請書撰寫后，在線提交電子申請書及附件材料。項目申請書和課題申請書應當通過各自的依托單位提交。其中課題申請書必須先于項目申請書提交，項目申請書待全部課題申請書提交完畢并確認生成項目總預算表無誤后再行提交。 

　　（三）依托單位注意事項。

　　依托單位應對本單位申請人所提交申請材料的真實性、完整性和合規性進行審核；對申請人申報預算的目標相關性、政策相符性和經濟合理性進行審核。具體要求如下：

　　1.應在規定的項目申請截止日期前（2020年9月16日16時）通過信息系統逐項確認提交本單位電子申請書及附件材料，無需報送紙質申請書。項目獲批準后，將申請書的紙質簽字蓋章頁裝訂在《資助項目計劃書》最后，一并提交。簽字蓋章的信息應與電子申請書嚴格保持一致。

　　2.依托單位完成電子申請書及附件材料的逐項確認后，應于申請材料提交截止時間前通過信息系統上傳本單位科研誠信承諾書的電子掃描件（請在信息系統中下載模板，打印填寫后由法定代表人親筆簽字、依托單位加蓋公章），無需提供紙質材料。

 




 化學科學部重大項目指南

2020年化學科學部共發布8個重大項目指南，擬資助6個重大項目。項目申請人申請的直接費用預算不得超過1800萬元/項。申請書的附注說明選擇相關重大項目名稱，例如“非常規激發染料的構效調控及產品工程科學基礎”。 

“非常規激發染料的構效調控及產品工程科學基礎”重大項目指南 

染料對光的選擇性吸收是其本征特性，因而總是與光記錄、光存貯、光顯示及光成像直接聯系，是多個新興產業的關鍵化學品。隨著相關領域發展，染料分子在常規條件下的激發態行為和能量弛豫規律逐步被揭示出來。但在極端條件下，特別是在高光子能量（如極紫外）和低光子能量（如近紅外、超聲波、偏振光）等非常規條件下，對染料分子激發態的形成、調控和應用研究極為薄弱。極紫外可以提供高的分辨率、超聲波能提供更深的穿透力，這些賦予了非常規激發染料特殊的應用功能。因此，拓展傳統紫外-可見光波長范圍的染料波長，開展非常規激發和吸收染料分子的研究，對于光刻、顯示等新興產業發展，具有重要意義。

一、科學目標

項目擬圍繞非常規激發染料結構-性能調控的關鍵科學問題，特別是在高能量光子（極紫外）和低能量光子（近紅外、超聲、偏振光）等特種激發條件下，染料分子對激發能的吸收和響應規律，通過分子結構精準設計、調控激發態的能量釋放途徑（如發光、電子轉移、能量轉移、催化反應等），實現光刻、顯示等新興產業領域的產品分子設計創新，為支撐相關產業發展提供科學與技術基礎。

二、研究內容

（一）非常規激發理論及分子體系設計。

非常規激發染料的激發效率是實現功能的基礎。重點研究在高光子能量或低光子能量條件下，不同分子的激發響應性，包括形成激發態的效率、光引發的電子轉移、能量轉移或化學反應效率；揭示分子結構與目標性能(包括耐受性)之間的規律，形成若干性能優異的染料母體分子平臺，為產品分子設計提供理論依據。

（二）極紫外光刻材料設計及制備。

聚焦極紫外光敏分子結構與極紫外光吸收截面的關系，探索極紫外光引發的新型分解或聚合反應、過程中電子或能量轉移形成的催化機制，研究新型結構的極紫外光敏分子及其光刻膠的制備、生產過程對超高分辨率性能的影響因素，形成新型極紫外光刻膠的關鍵生產工藝，為其規模化生產提供科學技術基礎。

（三）功能染料工程化及其在光電材料中的應用基礎。

分子的穩定性是染料工程化應用的前提。需揭示“光-熱-機械”復雜穩定性與染料分子結構的映射機制，包括不同光能量、熱效應和機械效應對染料穩定性和應用性能的調控規律，研究染料分子結構對光刻膠流變學性能和對光引發劑光化學反應性能的影響機制，探索提高彩色光刻膠分辨率的有效途徑，建立與終端產品服役條件相一致的工程技術體系和可靠性評價準則。

“分子光子學材料與激發態過程調控”重大項目指南 

光子學是研究以光子作為信息和能量載體的科學，涉及光的產生、傳輸、探測、放大和顯示等應用。和無機光子學材料相比，分子光子學材料在光學性能、柔性加工和生產成本等方面展現出獨特的優勢。設計合成同時具備優異光學性質和電荷輸運能力的分子材料，從微觀角度深入認識分子材料中的激發態過程，結合器件構型設計優化制備工藝和性能指標，將推動分子光子學材料在相關產業尤其是新型顯示領域的應用。“分子聚集態下特異性激發態過程對光子學性能的調控機制”與 “不同光子學功能中涉及的激子與光子的相互作用原理”是分子光子學研究中的關鍵科學問題。“新型光子學分子的理性設計與高效合成”與“光子學功能導向的分子材料組裝與器件集成”是本領域的重大需求。本重大項目旨在聯合分子材料合成、激發態理論、光譜學和光電器件等方面的科學家進行攻關，從微觀角度深入認識分子材料中的激發態動力學過程，結合器件構型設計，優化制備工藝和性能指標，發揮分子光子學材料在光學性能、溶液加工、柔性集成等方面展現出獨特的優勢，推動分子光子學在相關產業尤其是新型顯示領域的應用。

一、科學目標

以有機分子特有的“單線態和三線態激子過程調控”為主線，聚焦新材料合成制備和高性能器件集成兩大方向，解析微納體系中激發態物理化學過程，指導新型分子光子學材料骨架結構及其微納晶體的設計合成，拓展高性能有機微納激光和有機電致發光在顯示器件方面的應用。以此為基礎，形成在國際上有重要影響的研究團隊，提升我國在分子光子學前沿交叉方向上的整體水平。

二、研究內容

本項目圍繞“分子光子學材料的結構-性能關系”開展以下研究：

（一）高性能光子學材料的分子設計與可控合成。

以調控分子能級與激發態過程為導向，設計合成兼具高載流子遷移率和高固態發光效率的分子光子學材料；通過調控分子間弱相互作用充分運用其組裝性能，制備形貌、結構和性能可控的分子聚集體，為發展分子光子學奠定材料基礎。

（二）有機微納體系的激發態調控與過程研究。

準確理解分子光子學材料體系中激發態動力學、載流子擴散動力學和能級調控等理論，揭示其中載流子傳輸性能和光學特性之間的平衡和制約關系；通過光、電、磁和熱等多種外場手段強化激發態下的激子傳輸與電子轉移和能量傳遞過程，以及激子和光子的強相互作用與耦合過程。

（三）高性能有機微納激光材料與器件。

在新型分子光子學材料中實現覆蓋可見光譜的受激輻射，設計新的微納結構單元作為光學諧振腔，得到激光波長和模式可調可控的有機微納激光；開發微納晶定向圖案化制備新工藝，發展微納激光陣列大面積集成方法，探索基于分子光子學材料的激光平板顯示技術。

（四）有機分子電致發光與顯示器件。

以分子光子學的激發態動力學為指導，設計制備高激子利用率和窄譜帶發射的發光器件；構建全新的器件模型，探索激發態傳輸及電荷陷阱效應等基本物理過程和規律，完善和發展電致發光和分子器件的相關理論，展示分子光子學材料在顯示原型器件上的應用。

“電解水制氫與綠色化工耦合的科學基礎”重大項目指南 

面向可再生能源高效利用和綠色化工的重大需求，針對電解水與綠色化工耦合所涉及的關鍵科學問題，研究電解水過程中活性物種的生成與調控、電解水與有機物氧化還原反應的耦合過程，探究多尺度流動與傳遞對電化學過程的影響機制，構建若干規模化電解水與有機物合成耦合反應體系，形成能源化學與綠色化工領域新的發展方向。

一、科學目標

通過高效電解水耦合加氫/氧化的催化過程，實現碳-氫鍵、碳-鹵鍵、碳-碳鍵以及碳-氧鍵等的定向轉化，揭示電/光電作用下電極界面氫氧等中間物種的生成機理及其與有機物反應途徑，建立選擇性合成高附加值產物的實驗方法和理論體系，構建電解水耦合化工產品綠色合成系統；發展新型光電化學反應器，闡明多相反應過程中的流動、混合、傳遞對能量與物質轉化的作用規律，實現新能源利用與綠色化工耦合的應用示范。

二、研究內容

（一）電解水耦合氧化與高效制氫。

針對規模制氫與大宗化學品生產的耦合，研究多相界面活性氧生成與轉化機理，以電極組成和界面性質調控活性氧在陽極表面的濃度、活性和能量，匹配有機物在電極表面的傳質吸附特征和氧化反應能級；發展新型結構化電極，實現有機相、水相和氣相在電極表界面的均勻分布、高效傳遞與反應耦合；研究有機相對隔膜性能的影響，提高隔膜穩定性；研究陽極活性氧的快速轉化對水分解制氫過程的促進作用，并在工程化研究裝置上實現耦合氧化高效制氫。

（二）電解水耦合加氫與氧化。

針對陰極制氫與耦合加氫之間的轉換，利用活性氫和活性氧分別對有機底物進行加氫和氧化，合成高端精細化學品，提高能量和物質的利用效率；研究陰極活性氫的生成及其析氫/加氫反應的競爭機制，提高目標產物選擇性；根據陰極和陽極反應的反應機制和動力學特性，設計新型電極及反應器，優化操作條件、探索成對電合成反應體系中電解反應與產物分離的協同機制。

（三）光電協同分解水與氧化/加氫耦合。

研究光促電解水制活性氧/氫和有機物選擇性氧化/加氫的新型綠色合成方法，探究光電極對光子的能量利用以及動力學，揭示光促電解水的本征活性和動力學過程對有機反應選擇性調控的內在機制，進一步促進水分解和有機物氧化/還原的耦合。

（四）制氫耦合綠色化工的過程強化與系統集成。

研究多尺度流動、混合和傳遞特性對電化學反應的影響，獲得從電極、單池到系統的反應與傳遞耦合規律；研究反應與分離耦合機制，揭示系統內單元結構與性能的影響，確定單元間的銜接原則，建立電化學耦合反應系統的放大模型與設計方法，實現1~2個耦合反應體系工程化示范。 

“固體結構的化學調控與功能強化”重大項目指南 

固體物質在信息、能源、國防、機械、電子、醫學等領域具有廣泛的應用。物質的性能不僅取決于化學組成、相態、晶體結構，還受限于局域結構、化學有序、電荷有序、磁有序等。針對關系國家重大需求的電輸運材料、鐵電/鐵磁體、儲能材料等，利用先進大科學裝置，多層次揭示固體材料結構與功能間的關系，運用化學手段調控固體結構，實現性能顯著提升或獲得新功能。

一、科學目標

通過極端條件合成、化學壓力（Chemical Pressure）、缺陷設計和復相匹配等手段，實現對固體結構的化學調控；充分利用現代表征技術和方法，解析固體的晶體結構、局域結構、電子結構和聲子結構等；創制系列新型電輸運、高性能鐵電/鐵磁、高效儲能等新型固體功能材料。

二、研究內容

（一）極端條件下特殊功能固體材料的合成。

在高溫、高壓或超強外場下，合成常規條件下難以得到的特殊結構和功能的固體材料；發展基于次級結構、堆積模塊等合成砌塊的可控合成方法，在多元體系中篩選超導、快離子導體、高能量密度等特殊功能材料，揭示其反應歷程。

（二）化學壓力調控結構與強化功能。

利用相界面應變、異質化學元素引起的局域結構畸變、離子調控等化學壓力方法，實現晶體結構及晶格應變的微觀尺度調控，建立化學壓力調控結構的精準化學合成方法，揭示固體中元素分布、化學有序、電荷有序、化學成鍵和晶格變化，闡明結構-相態-性能的關聯。

（三）缺陷調控結構與新型電輸運固體。

通過化學摻雜、拓撲反應和玻璃結晶等多種途徑，系統研究固體材料中缺陷的可控引入及其對晶體結構、電子結構的影響；結合多種技術手段建立缺陷組成、濃度、分布等表征方法；研究缺陷對固體材料中電子和離子輸運性質的影響；從化學成鍵、離子間相互作用闡述固態離子導體中缺陷穩定與離子遷移機制；基于缺陷在性能上的構效關系，設計合成新型電子/離子導體等材料。

（四）復合固體結構調控與電極材料功能強化。

發展復合固體結構精準化學調控的新方法，研究單組分及復合固體結構與電子態之間的協同效應，以及軌道耦合、電荷轉移、局域結構等對復合結構的影響規律；多層面認識能源復合固體材料的構效關系，提出高效電極材料等復合固體的設計原則，合成具有協同功能增強效應的電極復合材料。

“基于納米孔道電荷傳輸的單分子單細胞精準測量”重大項目指南 

細胞中分子間通過電荷傳輸及能量有序交換發生的各類反應都是在極小且擁擠的空域和極短的時域內進行的，并控制著單個生物分子功能的執行、反應的精準調節以及能量的高效傳遞和轉化等。納米孔道限域空間提供了最逼近實際生命體系中分子反應行為的場所，可實現在極短的時域內進行單個分子的動態測量。然而，電子、質子、離子及分子在納米孔道限域界面內的傳輸，常常表現出與宏觀界面上完全不同的限域增強特性。因此，在生命分析中利用納米孔道的立體限域空間及瞬態電荷傳輸特性，可獲得極高的時空分辨，實現單分子、單細胞等單個體的精準測量，為進一步探索基礎生命化學領域新現象、新規律和新知識提供了新途徑。

本重大項目擬聚焦于具有納米級孔道結構這一最基本的限域電荷傳輸界面，探索傳感界面結構、電荷傳輸、測量精準度之間的內在關系，提出原創的納米孔道測量新原理，將生命分析測量從宏觀界面推進到納米限域界面，從分子整體行為測量推進到單個分子、單個細胞差異性研究，有望成為現有基礎分析化學研究方法和理論進一步發展的突破口，催生和引領蛋白質單分子測序、生物化學反應動態測量以及高通量疾病早期篩查等方向的研究。

一、科學目標

項目圍繞“具有納米級孔道結構”的限域電荷傳輸界面，突破現有對生命體系微弱瞬態過程測量的瓶頸，建立原創的納米孔道界面分析化學理論與方法，構建具有單分子靈敏度和亞納米空間分辨能力的原位、無損納米孔道電荷傳輸測量器件，在單分子、單細胞水平上揭示電子、質子、離子、分子等相互作用及其能量轉化過程，以期在單分子、單細胞水平上探索基礎生命化學。

二、研究內容

（一）納米孔道測量界面的可控構建。

以生物蛋白質、無機材料、有機大分子等為基本構筑單元，探索多元納米孔道化學結構特征與電荷載體間的相互作用，發展空間限域電荷場擾動方法及可控單分子界面修飾方法，增強納米孔道測量界面內多個探針基團的協同測量效應，從而構建每一個基團都精確可控的納米孔道測量界面。

（二）納米孔道單個體測量的機制研究。

探索傳感界面結構、電荷傳輸、測量精準度之間的內在關系，調控限域空間內電子、質子、離子、分子的傳輸過程，建立基于納米孔道界面電荷傳輸測量的特異性信號增強放大新機制，實現高通量、定性及定量測量生物分子的結構變化、分子間相互作用變化及其引發的納米孔道界面內電荷分布差異和瞬態能量變化等。

（三）納米孔道單細胞單分子原位測量研究。

發展適用于單個活細胞內單個分子可控遞送和原位分析的方法，建立納米孔道單細胞成像測量的新方法和譜學研究的新策略，深度解析由單個分子引起的單細胞表型特征；發展納米孔道單分子計數與光學實時檢測新技術，實現生理濃度范圍單分子光學檢測，闡釋生物分子相互作用的單分子反應機制和動力學，從而在單分子、單細胞水平實現疾病早期篩查。

（四）納米孔道界面的高時空分辨測量方法及系統。

突破現有生命分析方法的時空測量極限，發展具有高時空、高能量分辨，實時原位、無損的電子、電荷、離子測量新方法、新器件及新系統，在納米孔道限域測量界面上實現單個生物分子反應中間體、反應路徑、反應選擇性等的瞬態測量，為蛋白質單分子測序以及重要生物化學反應研究提供技術支撐。

“面向重要化工分離的金屬-有機框架材料設計及過程調控機制”重大項目指南

分離是化工生產的關鍵技術之一。以烷烴/烯烴分離（如乙烷/乙烯等）、同分異構體分離（如正構烴/異構烴等）、二氧化碳捕獲為代表的工業分離過程，其規模均在千萬噸級，關系經濟社會發展及國家戰略需求。傳統熱驅動分離過程能耗高，若以非熱驅動的吸附或膜分離過程替代熱驅動分離過程，可望大幅度降低能耗。金屬-有機框架材料擁有龐大的組分/結構單元庫，其可設計性為吸附與膜分離帶來機遇。然而，金屬-有機框架材料目前尚未實現分離工業應用，亟待在基礎科學與工程技術方面取得突破。本指南以重要的化工分離過程為導向，擬圍繞金屬-有機框架材料設計、吸附材料/分離膜可控制備、過程調控機制等關鍵科學問題，實現高效、高選擇性、高穩定性分離，推動分離科學與技術的理論創新與技術進步。

一、科學目標

以金屬-有機框架材料設計制備與重要工業分離過程調控為核心，揭示吸附分離與膜分離機理，建立分離材料組成-結構-性能設計方法；提出吸附材料與分離膜晶粒/晶界調控策略，突破分離通量與選擇性的博弈限制；開展放大制備與組件集成研究，為金屬-有機框架材料吸附與膜分離的工業應用提供科學支撐。

二、研究內容

（一）金屬-有機框架材料精準設計與制備。

基于計算化學、“網格化學”及構筑模塊策略，開展材料分子基元組成、拓撲結構、微觀孔結構設計；基于先進晶體工程手段，實現材料高通量制備與結構表征；基于探針分子吸附，揭示材料與被分離分子相互作用機制及動態響應規律，建立理論與實驗相結合的晶體材料構筑方法，創制具有工業應用前景的吸附與膜分離材料。

（二）金屬-有機框架吸附材料結構調控與分離應用。

基于分子構筑單元設計，實現材料孔道結構、表面基團定向調控；基于單組分靜態吸附與多組分動態分離的系統評價體系，開展吸附材料分離性能和構效關系研究，獲得吸附分離熱力學、動力學規律，反饋指導材料精準設計與吸附性能調控，實現烷烴/烯烴分離等體系的工業性試驗；完成吸附材料的規模化制備及吸附分離過程的設計，為突破其在吸附分離工業中的應用提供科學基礎。

（三）金屬-有機框架分離膜可控制備與分離應用。

基于微區反應設計與分子組裝技術，實現分離膜孔結構、擇優取向、堆砌單元、晶界結構的精準調控，創新膜的工程化制備方法；在工業性實驗裝置上開展操作條件（溫度、壓力等）可控的多組分膜滲透分離在線評價，深入揭示膜分離機制，突破分離通量與選擇性的博弈限制，獲得工程放大規律；完成分離膜放大制備與組件集成設計，實現二氧化碳捕獲等工業應用示范。

“面向學科前沿交叉的金屬卡賓化學”重大項目指南

金屬卡賓結構獨特，其反應具有高效、多樣以及可控等特點，受到人們的極大關注，相關研究對于合成化學、化學生物學以及有機材料等領域產生重要影響。對于金屬卡賓的結構及其性質的理解不僅是金屬有機化學基礎理論研究的核心內容，也是發展具有高效性和多樣性的合成反應的關鍵。金屬卡賓豐富的反應性也為其在前沿交叉領域的應用帶來新的機遇和挑戰。

一、科學目標

針對金屬卡賓的特性以及目前該領域發展的現狀，本項目以探討新型金屬卡賓的發現及產生、結構以及反應性為出發點，發展基于金屬卡賓的新反應、新方法，拓展其在功能有機分子合成、高分子聚合、藥物合成以及化學生物學等交叉領域中的應用。通過項目的實施，推動合成化學以及結構理論的發展，并通過金屬卡賓化學與生命科學的銜接為生物大分子化學修飾，化學蛋白質組學以及新藥研發等提供新工具和新技術。形成一支在國際上具有重要影響的研究隊伍，進一步鞏固我國在金屬卡賓領域的國際影響力。

二、研究內容

（一）新型金屬卡賓的合成及其結構、反應性研究。

圍繞過渡金屬催化的卡賓轉移機理研究，設計、合成、表征一系列活潑的金屬卡賓中間體，包括鐵卡賓、鈷卡賓、鎳卡賓、銅卡賓、釕卡賓、鋨卡賓、鈀卡賓、金屬烷基卡賓以及金屬雙卡賓等；進一步通過實驗和理論計算等手段，獲取金屬卡賓的結構信息和提出新的反應模式。研究含氟卡賓與含氟金屬卡賓的合成、結構表征及其在含氟有機分子合成中的應用。

（二）基于金屬卡賓的碳-碳鍵以及碳-雜原子鍵構建。  

發展基于金屬卡賓的碳-碳鍵以及碳-雜原子鍵構建新方法，包括金屬卡賓參與的碳-碳鍵選擇性切斷與重組、碳-氫鍵的官能化、金屬卡賓的不對稱催化反應等。研究金屬卡賓反應在高分子聚合中的應用，包括卡賓經典反應以及卡賓偶聯反應為基礎的高分子聚合，過渡金屬催化的卡賓聚合、卡賓－烯烴共聚等。研究金屬卡賓反應在高分子后官能化中的應用。

（三）金屬卡賓反應在新藥研發以及化學生物學中的應用。  

發揮金屬卡賓反應類型多樣性的特點，開發具有生物兼容性的高效金屬卡賓反應，為生物大分子化學修飾提供具有化學特征的新工具和新技術，為新藥研發提供基礎性和前瞻性的科學技術儲備。包括應用金屬卡賓參與的多組分反應實現生物活性小分子的多樣性合成、應用金屬卡賓反應對藥物及生物活性分子進行后期修飾以及開發針對動態修飾的新藥物靶標和相應的干預小分子、基于金屬卡賓開發新一代化學蛋白質組學工具探針等。

“鋰同位素萃取分離的科學、技術與應用”重大項目指南

鋰同位素是十分重要的能源材料和國防戰略物資。在清潔新能源領域，鋰同位素是新一代釷基熔鹽裂變堆、可控熱核聚變堆和壓水反應堆中的核心原料及調節劑。隨著我國先進核能的快速發展，尋找更安全、更高效、易于工業化放大生產的鋰同位素分離方法迫在眉睫。本項目采用“基礎研究—應用研究—產業化”貫通式研究模式，開展有機萃取法分離鋰同位素的科學、技術與應用研究。通過有機化學、物理化學、分離工程、人工智能、自動化控制等多學科交叉融合，解決萃取分離過程中的萃取劑分離效率低、穩定性不足、合成制備難、萃取分離機制不明確、萃取串級工藝難等重要科學與技術難題。促進有機萃取法分離鋰同位素的新方法在基礎理論和工程化應用方面上升到新的高度，促使原始創新技術在滿足國家重大需求的任務中發揮重要科技支撐作用。

一、科學目標

本項目圍繞鋰同位素萃取分離過程中的科學、技術與應用關鍵問題，從發展新型、高效的萃取劑和可實用化萃取工藝為核心，解決從基礎研究到產業化應用過程中的關鍵科學和技術問題。闡明鋰離子在不同介質間轉移的能量變化與動力學規律；揭示有機萃取劑分子結構與同位素分離性能的重要構效關系；闡明萃取劑分子在長期酸、堿、氧氣以及輻照等條件下的降解規律；設計并優化萃取劑分子結構，發展若干具有自主知識產權的高性能新型萃取劑材料，鋰同位素分離系數α大于1.030，在連續萃取分離條件下能穩定運行8000小時；發展串級萃取分離鋰同位素的化工工藝，實現連續多級鋰同位素的萃取富集濃縮，建設鋰同位素萃取分離的工業化示范線。

二、研究內容

（一）萃取劑分子結構設計、合成與性能評價。

通過分子模擬軟件設計并優化新型萃取劑分子結構；發展萃取劑分子的多樣性、高效性合成方法，批量制備專用萃取劑；利用氟原子和含氟基團的獨特效應，開展有機萃取劑、協萃劑、稀釋劑等分子的高選擇性氟化方法研究，建立含氟萃取劑、協萃劑、稀釋劑等組成的獨特萃取體系；建立萃取劑分離鋰同位素的綜合性能評價方法，考察萃取劑的分離系數、分配系數、萃取負載量等指標；調節并優化萃取體系的組分配方，揭示其對鋰同位素分離效率的影響規律（包括協萃劑、改質劑、溶劑、鹽效應等影響因素）；根據工業化應用的要求，結合萃取劑分子的多方面性能，綜合評價并篩選得到綜合性能優秀、適合于工業應用的萃取劑分子。

（二）萃取分離機制及萃取劑結構與性能關系研究。

研究液-液兩相界面鋰離子遷移動力學；闡明兩種鋰同位素之間極化率、遷移率和溶劑化作用的差別；鋰離子在萃取介質中的遷移、擴散及溶劑化過程中的復雜結構和能量變化；鋰離子在不同萃取介質間轉移的動力學規律；采用計算機模擬兩相鋰離子傳輸過程中的動力學和熱力學問題等。采用人工智能技術，研究萃取劑結構與溶解性、同位素分離系數、萃取能力、轉相能力等之間的關系，并得出構效關系規律；利用人工智能技術，對萃取劑的結構與化學穩定性、輻照穩定性之間關系進行模擬，并得出構效關系規律。

（三）有機萃取法分離鋰同位素的工業應用。

研究不同類型萃取劑在長期化工應用中的化學和輻照穩定性，闡述萃取劑分子的在酸、堿、氧化以及輻照等條件下的降解規律及降解產物；研究萃取法分離鋰同位素的全流程串級萃取化工工藝；設計并優化同位素分離專用離心萃取機的機械結構及串級連接方式；研究串級萃取試驗過程中的自動化控制技術、工藝穩定控制技術及產品的后處理純化技術；在多級串級萃取試驗裝置系統上，進行鋰同位素萃取分離的連續分離富集試驗，連續穩定獲得富集產品；建設鋰同位素萃取分離的工業化示范線，開展工業應用示范的技術研究。