我国是世界上最大的能源消费国和温室气体排放国, 能源是关系我国经济社会可持续发展的重大问题。2020 年9 月, 习近平总书记宣布“中国二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值, 努力争取2060 年前实现碳中和”, 因此, 需要大力发展碳中和技术体系和碳中和产业，积极推进能源革命。
绝大多数的能源利用实质上是能量和物质不同形式之间的转化过程, 而能源和化学物质之间的转化是通过化学反应直接或间接实现的。 为充分发挥化学科学在能源科学中的支撑作用, 能源化学作为一门交叉学科应运而生。 我国在能源化学学科建设方面已取得重要进展。
2020 年, 按照“源于知识体系逻辑结构、促进知识与应用融通”的原则, 国家自然科学基金委员会化学科学部继续优化学科布局, 为强化科学基金在面向国家能源战略需求中的作用, 化学科学部将原“材料化学与能源化学”学科一分为二, 设立了“能源化学”学科(B09), 资助能源化学领域的相关基础研究。
1 能源化学“十四五”及中长期发展规划
1.1 能源化学学科内涵、目标与发展逻辑
能源化学的核心内涵是利用化学的原理和方法, 研究能量获取、储存及转换过程的基本规律, 为发展新的能源技术奠定基础。
能源化学学科以“满足国家能源战略需求, 引领国际能源化学前沿”为总体发展目标。 在“十四五”规划期间，凝练并解决能源化学领域的共性科学问题, 构建完整的能源化学学科体系, 推动我国成为国际能源化学研究的学术高地, 为培育能源高新技术提供原始创新的动力和支撑。
针对我国现有能源结构特点和发展趋势, 能源化学研究将围绕“化石资源清洁高效利用与耦合替代”、“清洁能源互补体系”、“能源化学前沿科”三条主线开展科学研究布局, 推动基础研究与应用基础研究融合发展。
1.2 能源化学的研究内容与发展布局
能源化学研究内容包括: 载能化学物质之间的转化、电/光/热/机械能与化学能之间的转换、能源的化学转化机制与理论等。
1.3 能源化学学科优先发展领域
在学部“夯基础、补短板、蕴特色、促交叉”理念指引下, 围绕能源化学发展的三条主线, 在分析我国基础研究现状和广泛征集建议基础上, 凝练了如下7 个方向作为能源化学学科的优先发展领域, 为未来制订重点类项目申请领域提供参考。 (1) 载能小分子的化学键构建、定向活化与工程科学基础; (2) 化石能源与可再生能源等复杂分子体系的组成及转化基础; (3) 化石能源与可再生能源耦合体系与机制; (4) 电能源化学体系创制与机制; (5) 光能源化学材料与器件; (6) 多场耦合的固-固界面结构与电荷迁移机制; (7) 能源转化过程中固体结构理论与方法。
2 学科申请代码调整情况
2020 年, 化学科学三处以能源化学“十四五”及中长期发展规划为指导, 按照“源于知识体系逻辑结构、促进知识与应用融通”的原则, 围绕能源化学发展的三条主线, 在“继承-发展”原有申请代码基础上编了新的申请代码, 将于2021 年启用。 “能源化学”(B09)下设8 个二级申请代码, 下面就申请代码内涵及其调整情况进行简要介绍, 供项目申请人参考。
（1）氢能源化学(B0901)
面向以氢元素为核心构建的能源化学体系。 考虑到氢能在清洁能源结构中的重要作用, 此次申请代码调整过程中将原申请代码中三级申请代码“B050901氢能源化学”升级为二级申请代码; 本申请代码对应于规划1.2.1.1 部分。
研究方向具体包括: 制氢、储氢材料与化学、化学固氮与转化、氢能转化。
（2）碳基能源化学(B0902)
面向以碳元素为核心构建的能源化学体系。 本申请代码继承了原二级申请代码“B0507 碳基能源化学”及相应的三级申请代码。 另外, 将原三级申请代码“B050905 生物质能源化学”调整进入该二级申请代码, 新增前沿研究方向“合成气化学”; 本申请代码对应于规划中1.2.1.2-1.2.1.4 部分。
研究方向具体包括: 煤转化化学基础、石油资源化学、天然气活化与转化、二氧化碳化学转化、生物质能源化学、合成气化学。
（3）热能源化学(B0903)
面向热能与化学能相互转化的能源化学体系。 本申请代码为新增申请代码,对应于规划中1.2.2.3 部分。
研究方向具体包括: 燃烧化学、化学链燃烧、高温水热解、热化学利用。
（4）机械能源化学(B0904)
面向机械能与化学能相互转化的能源化学体系。 本申请代码为新增申请代码, 对应于规划中1.2.2.4 部分。研究方向具体包括: 机械能-电能转化、机械能-化学能转化。
（5）电能源化学(B0905)
面向电能与化学能相互转化的能源化学体系。 本申请代码继承了原二级申请代码“B0508 电化学能源化学”, 将原来三级申请代码中的“B050804 太阳能电池”调整到其他申请代码, 新增“液流电池”、“电能-化学能转化”; 对应于规划中1.2.2.1 部分。
研究方向具体包括: 超级电容器、燃料电池、液流电池、锂(钠)离子电池、锂(钠)硫电池、金属-空气电池、其他电池、电池回收化学、电能-化学能转化。 其中, “其他电池”包括多价态离子电池、锌电池、镁电池、钙电池、铝电池、浓差电池、纤维状电池、水性可充电池、柔性电池、微型电池、镍氢电池、铅酸电池、热化学电池、全固态电池等。
（6）光能源化学(B0906)
面向光能与化学能相互转化的能源化学体系。 本申请代码继承了原三级申请代"B050902 人工光合过程”、“B050904 太阳能化学利用”, 另外, 将原三级申请代码“B050804 太阳能电池”调整进入该二级申请代码; 对应于规划中1.2.2.2 部分。
研究方向具体包括: 人工光合过程、太阳能化学利用、有机聚合物光伏电池、钙钛矿类光伏电池、其他光伏电池。 其中, “其他光伏电池”包括染料敏化光伏电池、聚合物-量子点杂化光伏电池、量子点光伏电池、薄膜光伏电池等。
（7）极端环境能源化学(B0907)
面向特殊应用场景的能源化学体系。 本申请代码为新增申请代码。
研究方向具体包括: 深空能源化学、深海能源化学、深地能源化学、其他极端环境能源化学。 其中, “其他极端环境能源化学”包括高盐、高湿、高压、高腐蚀、真空、强磁场、强辐射等特殊条件。
（8）能源材料化学(B0908)
面向材料化学与能源化学的交叉研究领域。 本申请代码继承了原二级申请代码“B0510 能量转换材料化学”及相应的三级申请代码, 新增“机械能转换材料化学”、“核能材料化学”、“能源材料数据与设计”。
研究方向具体包括: 储能相变材料化学、光电转换材料化学、热电转换材料化学、光热转换材料化学、机械能转换材料化学、其他能量转换材料化学、核能材料化学、能源材料数据与设计。 其中, “其他能量转换材料化学”包括磁光转化、磁热转化、光化学能量转换材料等; “核能材料化学”包括锕系材料化学、氘氚化学、稀土催化材料化学、稀土材料化学、反应堆材料化学、辐射材料化学等。
作者简介：张国俊，国家自然科学基金委员会化学科学部，研究员，化学三处副处长兼能源化学项目主任。
