前言

距離《探索化學化工未來世界》第1集的出版已經過去了5年，現在這本匯聚許多專家學者心血和制作公司努力的第2集終于面世了。

組織化學化工領域的專家學者為青年學生如高中生、大學一年級新生及社會公眾，專門編寫一套化學化工視頻短片集并配科普書的初衷，是為了反映現代化學化工科技進步在人類社會中的重要作用，及對人類生活的重要影響。力求化學和化工的重大作用被社會公眾公正認知，扭轉公眾尤其是青年學生對化學化工的恐懼和偏見，讓他們從科學和工程前沿的全新視角，看到不一樣的美麗化學和美麗化工，吸引更多的青年投身化學化工的學習和研究，并能立志終生從事化學化工事業。

在43位中國工程院和中國科學院院士的共同倡議下，這項工作于2010年在中國工程院化工、冶金與材料工程學部立項。2012年此項目分別被列為中國工程院化工、冶金與材料工程學部、中國科協青少年科技中心、中國科學技術協會科學普及部重點資助項目。

中國工程院金涌院士擔任總策劃，多位院士和幾十位目前在高校及研究機構一線從事教學和科研的專家，在繁重的教學和科研工作之余，擔任顧問、參與選題策劃、編寫視頻短片腳本，指導制作公司制作視頻短片、撰寫書稿等。

由于手頭幾乎沒有可供借鑒的音像資料，制作團隊耗時幾年，僅召開的研討、修改會議就有上百次之多，一次次推翻，一次次重構，有關細節修改的往來郵件及微信會商不計其數。在大家的共同努力下，從無到有，使這套凝聚了許多人的心血、得到眾多專家學者的支持、反映化學化工前沿的視頻短片集及配套的科普書終于面世，得以奉獻給大家。

第1集已經累積贈送給全國多所高中、大學的化學化工教師和學生1萬多套紙書和光盤（含U盤），目前仍在持續贈送。第1、2集的20個短視頻已在多個網站上線。在每年清華大學組織的中學生化工學科營上，這些短視頻已為全國100多所中學的高中學生放映，效果很好，學生在輕松愉快的氛圍中接受化學化工的前沿知識。在日常教學方面，中學教師會利用短片對學生進行知識拓展教育，大學教師會利用短片對新生進行專業普及教育，反響都很好。現在看來，利用幾年時間制作、打磨化學化工視頻短片集和配套科普書是值得的。當然，由于各方面條件的制約，也深感此項工作尚未做到十分完美，但愿我們未辱使命。

本書及配套的10個短視頻編寫的內容，力爭以當今世界最前沿的化學化工科技成果為首選，盡量做到前沿性、科學性、科普性、趣味性、藝術性、傳播性的統一。短視頻制作以小見大，力求準確、新奇、美觀。配套科普書力求深入淺出，圖文并茂。

《數字化工》短視頻和文章介紹了數學和計算機在現代化學工程學科中的重要作用。在傳統認識中，化工是偏重于實驗的技術科學，但是隨著數學和計算機的迅速發展，化學工程師越來越多地運用大量精準的數學模型和計算機模擬，深入探究化工過程中的流動、傳熱、傳質與反應規律，實現反應器的精準設計、穩定調控和可靠運行。短視頻和文章通過典型流動體系模擬與虛擬過程平臺及應用實例，揭示了化工研發新模式——數字化工——對于實現綠色智能過程制造的重要意義，并呼吁廣大青年學子積極迎接這一機遇與挑戰。

《觸“膜”世界》短視頻和文章介紹了膜技術是解決資源匱乏、能源短缺、生態環境惡化、醫療醫藥等重大問題的新技術之一，膜產業是21世紀的朝陽產業。為了普及膜技術知識，幫助讀者初步了解膜的功能及用途，本章介紹了分離膜及膜分離過程，簡述了膜的種類、結構與性能、膜的制備方法、發展歷程及主要膜過程的特點。介紹了膜技術在水處理、氣體分離、能源、健康醫療等典型領域中的應用案例，分別綜述了膜在該領域的應用狀況，列舉了工程應用實例，并展望了膜技術未來的發展方向。

《碳納米管》短視頻和文章介紹了這種新興的納米碳材料的發現與制備的起因背景，簡述了碳納米管制備的主要科學原理、不同結構的碳納米管生長和制備的控制機制，描述了碳納米管如何實現產業化。本文還從結構與性能關系和應用角度，討論了碳納米管的強度特性、導電特性、半導體性能，儲能應用等。闡述了碳納米管作為納米粉體的使用安全問題。最后對未來的應用前景進行了展望。

《石墨烯》短視頻和文章描述了人類文明的發展與使用材料的進步是齊頭并進的。21世紀初，石墨烯的發現為人們打開了新材料時代的嶄新大門。石墨烯是由與鉛筆芯成分一樣的碳元素構成，只有一個原子層厚度，但卻擁有其他材料所無法比擬的眾多優勢和性能，被譽為“新材料之王”，短短數年已在全球范圍內引發了一場研究熱潮和技術革命。石墨烯為什么能被寄予如此高的期望？它將如何改造我們的世界，帶領我們邁向下一個發展階段？短視頻和文章為大家講述石墨烯的前世、今生和未來，解讀石墨烯的發現歷史、特殊性質、制備技術和應用前景。

《百變高分子》短視頻和文章介紹了因高分子的化學結構和聚集態結構具有可設計性，所以形成了結構多樣、性能各異的材料。高分子，除了分子量高，還有哪些高明之處呢？或許有人以為，高分子不就是我們耳熟能詳的臉盆、牙刷、拖鞋嗎？那可是太小瞧了高分子！除了衣食住行所見的高分子熟面孔，還有不少“黑科技”后面的材料英雄也是高分子。上天、入地、下海；國防、航天、信息、電子、醫藥等高技術領域都有高分子大顯身手！本章從這些千變萬化、性能各異的多彩高分子世界中略舉幾例，以饗讀者。親愛的青年讀者朋友，更多的神奇高分子，等待你來探索和創造！

《太陽燃料》短視頻和文章介紹了人工光合成太陽燃料，這是解決能源和環境問題，構建生態文明的途徑之一，但其發展仍然面臨許多科學和技術上的挑戰。自然光合作用是利用太陽能將水和二氧化碳轉化為生物質的過程，其基本原理為構建高效的人工光合成體系提供了重要的理論基礎。發展高效的人工光合成體系，就是實現利用太陽能分解水制氫，或者耦合二氧化碳產生液態太陽燃料。本章內容闡述了從自然光合作用的原理獲得啟發，道法自然，構建高效人工光合成體系生產太陽燃料的基本理念、基本原理和實踐，特別介紹了我國科學家的突出貢獻。

《礦化固碳》短視頻和文章介紹減少二氧化碳排放的新技術，而碳減排已成為人類的共同使命。礦化固碳，是基于地球大氣演化過程中的“硅酸鹽-碳酸鹽”轉化，將二氧化碳轉化為碳酸鹽而固定并重新利用的途徑。為加速這一地球上古老化學反應的速度，滿足減少二氧化碳排放的迫切需要，化學和化學工程領域的科學家，基于化學鏈的原理構建了新的礦化工藝，通過化學工程的方法為二氧化碳礦化反應量身定做高效反應器，并降低整個過程的能量消耗，加速自然界的碳循環，讓二氧化碳重返正途。

《手性之謎》短視頻和文章以手性為線索，介紹了手性起源，手性概念，手性化合物的制備和手性分子的發展的未來趨勢。圖文并茂地展示了手性世界的奧秘，深入淺出地給讀者講述了神奇的手性世界的故事，解釋了手性分子研究領域充滿活力、生機勃勃的緣由，手性不僅和人類生命、生產和生活的方方面面息息相關，而且存在著很大的潛在研究發展空間。通過揭示手性謎團，為青年揭開了一個更為廣闊更加美麗的化學化工世界。相信這會進一步激發他們的學習探究的興趣。

《人工酶》短視頻和文章介紹了酶，這是具有生物催化功能的生物大分子，憑借其催化效率高、底物專一性強、環境友好等優點，在化工、制藥等行業得到了廣泛的應用。然而，天然酶有限的催化性能不能滿足人們日益增長的需求，需要構建人工酶應用于工業生產中。計算酶設計是近10年發展起來的一種創造新酶的技術，能夠充分利用計算機強大的計算能力從頭設計人工酶，用于指導通過基因工程的手段改造天然酶，得到人工酶。本章從酶的發現和認識出發，引出計算酶設計，然后闡明用計算酶設計方法設計人工酶的必要性，接著介紹計算酶設計的分類、理論依據和方法，最后給出計算酶設計的幾個典型的應用案例，展示計算酶設計方法在現代化工和生物醫藥領域中的應用潛力，并指明酶設計未來的發展趨勢。

《食物之魅》短視頻和文章介紹了能為我們帶來色香味的食品添加劑。民以食為天，食物除了維持人類生命活動的基本功能外，還給我們帶來了視覺、嗅覺和味覺多方位的享受，展現了無窮的魅力。分子結構多樣的化學物質構成了食物色香味的基礎，而這些提供色香味的化合物的形成離不開各種復雜的化學反應。如今工業化食品在人類的飲食結構中日漸重要，食品工業生產中的保鮮、加工、防腐、增香等都離不開食品添加劑，而化學工程技術是食品添加劑生產以及食品加工的重要基礎。化學與化學工程通過尋找、改造和重組各種分子結構，讓食物更加充滿魅力。未來，食物的尋“魅”之旅將充滿機遇和挑戰，讓我們一起努力，創造更多的人間美味。

倡議編寫本套短視頻集及配套科普書的兩院院士如下。

中國工程院院士（排名不分先后）：

曹湘洪、陳丙珍、高從堦、關興亞、侯芙生、胡永康、金涌、李大東、李龍土、李正名、毛炳權、歐陽平凱、沈德忠、桑鳳亭、沈寅初、舒興田、汪燮卿、王靜康、魏可鎂、吳慰祖、謝克昌、徐承恩、楊啟業、袁晴棠、袁渭康、朱永（貝睿）、薛群基。

中國科學院院士（排名不分先后）：

白春禮、陳凱先、費維揚、馮守華、高松、李燦、何鳴元、侯建國、洪茂椿、林國強、萬惠霖、楊玉良、張玉奎、趙玉芬、鄭蘭蓀、周其鳳。

另有許多兩院院士通過不同途徑，表達了對本項工作的支持。特別是李靜海院士、陳芬兒院士、李燦院士、孫寶國院士日理萬機，仍抽出時間，在第2集的短視頻中親自出鏡講話。在此，謹對這些院士表示衷心的感謝！

本套化學化工前沿短視頻集除由金涌院士擔任總策劃外，由清華大學楊基礎教授、張立平副教授擔任全程策劃，新增丁富新教授為第2集策劃，會同孫海英秘書全程協調；配套科普書的主編為金涌院士，執行主編為清華大學楊基礎教授，第2集書新增丁富新教授為主要編委。

謹對參與第2集制作的清華大學、中國科學院過程工程研究所、中國科學院大連化學物理研究所、復旦大學、北京工商大學、南京工業大學有關人員及其他為短視頻集和配套科普書出版付出努力的全體有關人員、制作公司和清華大學出版社宋成斌編輯表示衷心的感謝。

本套短視頻集和配套科普書可用于高中生課內外觀看和閱讀，擴大眼界，拓展知識，也可用于大學一年級新生的化學化工前沿研討課，還可用于對大眾進行化學化工科普教育。

化學化工前沿科普視頻短片集及

配套科普書編制組

2022年5月