2022年上半年新材料领域世界科技发展趋势

新型催化剂助力化工产业实现低碳目标。美国麻省理工学院发现利用少量铜处理的沸石可有效从空气中吸收甲烷，催化反应过程即使在极低浓度下也可进行；克莱姆森纳米材料研究所利用姜黄素和金纳米粒子开发出用于乙醇燃料电池的新型催化剂，提高了乙醇氧化反应速率，未来有望在传感器、超级电容器等领域应用。澳大利亚皇家墨尔本理工大学改善了将二氧化碳快速转化为固体碳的方法，利用液态金属共晶镓铟合金催化剂将固体碳无限期储存或转化为有用的材料。日本北海道大学开发出一种由铂、钴和铟三种不同金属制成的新型催化剂，可利用二氧化碳合成丙烯，并将反应速率提高了大约5倍。中国科学院大连化学物理研究所开发出一种基于镉（Cd）簇的Cd/TiO2催化剂，在15.8%的二氧化碳转化率下实现了81%的甲醇选择性，高于传统CuZnO催化剂。目前，二氧化碳捕集与转化的技术瓶颈之一是在工业应用场景下，催化剂长时间使用导致其效率及稳定性降低，影响反应效率和产物收率。

发达国家持续加大材料回收技术及可持续材料的研发力度。美国特拉华大学开发出将木质素升级为新产品并降低成本的方法，可将工业加工的木质素转化为高性能塑料；莱斯大学开发出一种新技术，可以将废塑料转化为工业用的二氧化碳吸附剂。英国国家复合材料中心与合作伙伴B&M Longworth和Cygnet Texkimp合作，实现了碳纤维的连续回收；伯明翰大学与美国杜克大学合作，从糖基原料中创造了一个新的聚合物系列，既保留了普通塑料的所有品质，也可进行降解和机械回收。日本东北大学基于熔盐电解原理，利用固态电解工艺回收废铝，生产出的铝纯度与铝铸造合金中的原铝相当。

前沿新材料研发不断取得新突破。二维材料方面，美国杜兰大学开发出新的二维材料过渡金属碳硫属化物该材料结合了过渡金属碳化物和过渡金属二硫化物的特性，在电池和超级电容器、催化、传感器和电子产品等应用领域具有巨大潜力。澳大利亚皇家墨尔本理工大学将两种不同类型的二维材料铁电材料薄膜和磁性材料薄膜堆叠在一起，创造出层状混合材料In2Se3/Fe3GeTe2，该材料同时具有铁电材料和铁磁材料的独特特性。3D打印材料方面，美国北卡罗来纳州立大学开发出可拉伸且非常坚韧的离子凝胶新材料，具有坚硬不易折断、可导电、良好的电热稳定性等卓越性能，且易于加工，可用于3D打印，还具有自愈和形状记忆特性。韩国延世大学发现黏合剂喷射金属3D打印的结合机制，该机制使用果酸盐螯合剂作为生态友好的3D打印黏合剂。智能材料方面，澳大利亚弗林德斯大学开发出一种可用于油气管道的智能涂层，可以防止混凝土表面的酸和水造成的损害，并可通过简单的加热过程修复划痕和损坏。复合材料方面，美国雷神技术公司将开发用于高超声速应用的高温碳/碳（C/C）复合材料的热力学性能预测模型，该模型将属性与基本架构和缺陷结构联系起来，便于材料和结构设计并行优化，可最大限度地减少耗时和高成本试错，缩短材料开发时间；麻省理工学院开发出一种由纤维素纳米晶体（CNC）和一些合成聚合物混合而成的复合材料，其中CNC约占材料的60%-90%，是目前CNC占比最高的复合材料，该材料具备优良的机械性能，未来可代替部分石油基塑料。