范振誠 / 工研院產科國際所
前言
「化學」與我們生活中的食、衣、住、行、育、樂息息相關；化學使人類的生活多彩多姿。「永續發展」、「淨零排放」已成為全球發展趨勢重要的共識目標，而前瞻、新穎的化學新技術，有助於協助人類達成此目標。本文整理國際純粹與應用化學聯合會(IUPAC)發佈的「2022 年度化學領域十大新興技術」---介於實驗性發現和商業化之間的創新技術，瞭解「化學」在促進人類社會福祉和地球可持續發展方面的潛力。
國際純粹與應用化學聯合會定期發布創新技術
國際純粹與應用化學聯合會(International Union of Pure and Applied Chemistry chemical nomenclature; IUPAC)成立於1919年，是一個聯合國家會員組織，代表各國化學家的國際聯盟，屬國際科學理事會的成員之一。2019年國際純粹與應用化學聯合會發佈「化學領域十大新興技術(Top Ten Emerging Technologies in Chemistry)」項目，以紀念成立100周年暨門得列夫元素週期表首次出版150周年。IUPAC認為新興技術就是那些介於實驗性發現和商業化之間的變革性創新技術，在化學、可持續發展等領域具有創造新機會的巨大潛力。
2022年度化學領域十大新興技術
由多位專業背景不同的著名科學家組成的評審小組，負責審議和討論全球各地研究人員提交申請的各項新興技術，並選出了十大新興技術(圖一)。2022年IUPAC化學領域十大新興技術包括：
■ 鈉離子電池 (Sodium-ion Batteries)
■ 奈米酶 (Nanozymes)
■ 氣凝膠 (Aerogel)
■ 薄膜螢光感測器 (Film-based Fluorescent Sensors)
■ 大型奈米粒子庫 (Nanoparticle Megalibraries)
■ 纖維電池 (Fiber Batteries)
■ 液態太陽能燃料 (Liquid Solar Fuels)
■ 織物顯示器 (Textile Displays)
■ 球形核酸 (Spherical Nucleic Acid; SNA)疫苗
■ VR支持的互動式建模 (VR-enabled Interactive Modelling)
圖一、2022 年度化學領域十大新興技術
1. 鈉離子電池(Sodium-ion Batteries) — 一種豐富且更安全的鋰電池替代品
由於電動車、3C產品、園藝電動機具、電動腳踏車、掃地機器人等產品市場持續擴大，以及再生能源發展衍生的儲能需求，對於鋰電池的需求也持續增加。隨著鋰電池應用範圍越來越廣，需求量攀升之下，鋰電池在礦物資源上遇到稀缺與供不應求的問題，使鋰電池近兩年來成本逐漸攀升。
鈉電池與鋰電池工作原理相似，主要是以鈉離子進行運作。在安全性表現上，由於鈉電池正、負極材料結構較為穩定，且鈉離子化學反應活性較鋰離子低，因此在充放電過程中較不容易與電解液發生副反應進而產生氣體，也較不容易發生爆炸的情況；此外，鈉電池系統中主要材料不須依靠貴金屬的應用，且鈉礦在地球礦物豐富度排名第五，資源相當豐富，也因此在資源取得上廣受注意。
3. 氣凝膠(Aerogel) — 不只是最輕的隔熱材料
氣凝膠是一種由凝膠衍生的合成多孔、超輕隔熱材料。美國太空總署(NASA)已經在火星探測器和其它航空儀器中測試了氣凝膠作為隔熱材料的優異效果，其厚度僅為傳統隔熱材料的一半。除了隔熱應用，氣凝膠還有更多潛在應用領域，包括高效催化劑、超級電容、藥物輸送系統等，值得關注的是，氣凝膠可用於去除污染物，如空氣中的揮發性有機化合物(VOC)、溫室氣體(如二氧化碳)以及水中的有毒物質(重金屬離子、石油洩漏等)
6. 纖維電池(Fiber Batteries) — 新儲能形式、可穿戴設備的福音
相比於傳統電池的層層堆疊電極和元件，纖維電池使用一維設計，電極是纏繞在一起的電線，將電解質和電極用聚合物密封在電池內，進而製造出品質穩定且防水的纖維電池。纖維電池在可穿戴電子產品領域開闢了可能性，研究人員開發高性能編織纖維電池的新方法，能量密度是第一代纖維電池原型的80倍，在500次充放電後仍能保持90%的電容量。三星和華為等公司正在研究纖維電池的潛力，相關市場預計將隨著可穿戴設備和印刷電子產品等市場擴大而成長 ---以上為部分節錄內容，完整資料請見下方附檔。