化學與材料科學領域Top 10熱點前沿主要分布在催化、電池、 材料、新興交叉等研究方向。

（1）催化方向有3項，“不對稱催化合成軸手性化合物”連續(xù)第二次入選，“單原子催化”和“納米酶”都是中國學者率先提出并做出重要貢獻的前沿方向。

（2）電池方向有2項，分別是水系鋅離子電池和鋰硫電池。水系鋅離子電池第二次入選，2020年正極材料入選，2022年負極材料。

（3）材料方向有3項，分別是“自供電可穿戴織物”、“具有圓偏振發(fā)光性質(zhì)的熱激活延遲熒光材料”、“多金屬氧簇研究”。

（4）新興交叉方向有2項，數(shù)據(jù)科學與化學的交叉第二次進入Top 10熱點前沿，另一項是“機械化學”。

此外，在化學與材料科學領域共有3項研究入選新興前沿，分別涉及能源材料、納米生物醫(yī)藥材料和化學檢測技術。

重點新興前沿解讀——“鈣鈦礦太陽能電池關鍵核心基礎問題及其商業(yè)化實現(xiàn)技術”

鈣鈦礦太陽能電池（PSC）除了具有與硅基太陽能電池相近的轉(zhuǎn)換效率外，還具有加工和制造過程簡單，可以制備成薄膜形狀，成本低，重量輕等優(yōu)勢，成為最有前途的薄膜光伏（PV）技術之一，有可能對成熟的硅太陽能電池市場產(chǎn)生沖擊。效率提升、長期穩(wěn)定性和實現(xiàn)商業(yè)化的大面積材料的大規(guī)模可擴展制備是PSC需要面對的重要挑戰(zhàn)，該前沿也致力于探索這些挑戰(zhàn)的解決方案。

針對PSC效率提升，該前沿包含的技術方案主要有：在鈣鈦礦層和導電層之間放置電子傳輸層及添加甲胺基溴化鉛；從陰離子空位缺陷入手，利用陰離子工程概念抑 制存在于晶界和鈣鈦礦薄膜表面的陰離子空位缺陷等策略實現(xiàn)轉(zhuǎn)換效率的提升。

針對提升PSC的長期穩(wěn)定性研究，該前沿包含的技術方案主要有：通過整體界面穩(wěn)定策略，對鈣鈦礦層和空穴傳輸層、電荷傳輸層和器件封裝等相關層和界面進行修飾；通過將芐基肼鹽酸鹽添加到制備鈣鈦礦電池的前驅(qū)體溶液中；通過向甲脒-銫混合陽離子鈣鈦礦中添加過量的甲脒/銫和碘的等方式實現(xiàn)了鈣鈦礦微型模塊的穩(wěn)定性提升。

PSC的大面積可擴展制備是其實現(xiàn)商業(yè)化的關鍵，本前沿包含的技術方案主要有：通過甲脒銫鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中添加二苯亞砜穩(wěn)定前驅(qū)體膜；通過可擴展的，可正交加工的噴涂方法在表面區(qū)域以明確的組成梯度；采用狹縫涂布印刷工藝等策略實現(xiàn)大面積薄膜的高質(zhì)量可擴展制備。

物理領域位居前十位的熱點前沿主要集中于凝聚態(tài)物理、高能物理和理論物理。

（1）凝聚態(tài)物理方面的熱點前沿有5 個，籠目晶格金屬、磁性拓撲絕緣體MnBi2Te4、高效金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管成為了新出現(xiàn)的熱點前沿，非厄米系統(tǒng)的拓撲態(tài)連續(xù)3 年入選熱點前沿，高壓下富氫化合物的高溫超導電性連續(xù)2 年入選熱點前沿。

（2）高能物理方面的熱點前沿有3 個，μ 子反常磁矩的測量是新出現(xiàn)的熱點前沿，味對稱性與輕子質(zhì)量的研究繼續(xù)作為熱點前沿，四夸克和五夸克態(tài)奇特強子繼2017-2020 連續(xù)4 年入選之后、第5 次入選熱點前沿。

（3）理論物理方面的熱點前沿有2 個，分別聚焦量子場論中的散射振幅研究和絕對平行引力理論。

重點熱點前沿――“磁性拓撲絕緣體MnBi2Te4”

拓撲絕緣體是近年來發(fā)現(xiàn)的一種全新的物質(zhì)形態(tài)，是一種內(nèi)部絕緣、表面導電的材料。從2005 年的理論預測到2007 年二維拓撲絕緣體被實驗驗證，國際上開始掀起了拓撲物態(tài)和拓撲材料研究的熱潮，并成為凝聚態(tài)物理領域重要和快速發(fā)展的熱點前沿之一。

各種全新的拓撲物態(tài)相繼被發(fā)現(xiàn)，如拓撲半金屬、拓撲超導體、高階拓撲絕緣體等。磁性和拓撲之間的相互作用可以在材料中產(chǎn)生各種奇異的拓撲物態(tài)，因此，磁性拓撲絕緣體的研究引起了廣泛的興趣。

2019 年，MnBi2Te4 被實驗驗證為本征磁性拓撲絕緣體，MnBi2Te4 體系快速成為研究的熱點，并取得了一系列重要的進展，如高溫量子反常霍爾效應、高陳數(shù)量子反?；魻栃取４判酝負浣^緣體的研究正在蓬勃發(fā)展中，其成果將有助于促進應用于低能耗自旋電子學、拓撲量子計算等領域的下一代電子器件的開發(fā)。

重點熱點前沿――“高效金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管”

發(fā)光二極管（LED）是一種半導體光電子器件，具有能耗低、壽命長、體積小、可靠性高、顯色豐富等優(yōu)點，目前廣泛應用于照明、顯示、節(jié)能等領域。

隨著人們對照明和顯示設備的需求不斷提高，新的發(fā)光材料和器件的研發(fā)受到廣泛關注。近年來，金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其優(yōu)異的光電性能，成為新興的發(fā)光材料，金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管也成為研究熱點。

2014 年，劍橋大學等報道了首個室溫下電致發(fā)光的金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管，引發(fā)金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管的研究熱潮。外量子效率是衡量發(fā)光二極管光電轉(zhuǎn)換效率的重要標準，經(jīng)過多年的發(fā)展，近紅外、紅光和綠光金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管的外量子效率都已突破20%。然而，藍光金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管的外量子效率還有待進一步的提升，因此，藍光金屬鹵化物鈣鈦礦發(fā)光二極管近年來獲得了深入的研究，其外量子效率正在不斷提高。

此外，物理學領域有2 項研究入選新興前沿，即“二維MoSi2N4 材料的特性研究”和“黑洞信息佯謬與糾纏熵研究”。

重點新興前沿——“二維MoSi2N4 材料的特性研究”

近年來，二維范德瓦爾斯材料因其獨特的光學、電學、力學等性質(zhì)，獲得了廣泛的研究，并多次
出現(xiàn)在熱點前沿和新興前沿中，如雙層轉(zhuǎn)角石墨烯、二維范德瓦爾斯磁性材料等。石墨烯、過渡金屬硫化物、黑磷等二維范德瓦爾斯材料，都有各自的三維母體材料。因此，合成自然界中尚未出現(xiàn)母體材料的二維范德瓦爾斯材料，將拓展二維范德瓦爾斯材料的范圍和應用。

2020 年，中國科學院金屬研究所等制備出一種不存在已知母體材料的新型二維范德瓦爾斯材料MoSi2N4。這一成果為二維范德瓦爾斯材料家族增加了新成員，開辟了合成二維范德瓦爾斯材料的新方法，激發(fā)了科學家對MoSi2N4 家族的興趣。在這個新興前沿中，被引頻次最高的論文就是中國科學院金屬研究所等制備出MoSi2N4 的研究，被引頻次為101 次。其他論文的研究內(nèi)容主要聚焦在MoSi2N4 的特性研究，包括力學性能、導熱性、壓電性、光催化、磁性、超導性等。