前言

距离《探索化学化工未来世界》第1集的出版已经过去了5年，现在这本汇聚许多专家学者心血和制作公司努力的第2集终于面世了。

组织化学化工领域的专家学者为青年学生如高中生、大学一年级新生及社会公众，专门编写一套化学化工视频短片集并配科普书的初衷，是为了反映现代化学化工科技进步在人类社会中的重要作用，及对人类生活的重要影响。力求化学和化工的重大作用被社会公众公正认知，扭转公众尤其是青年学生对化学化工的恐惧和偏见，让他们从科学和工程前沿的全新视角，看到不一样的美丽化学和美丽化工，吸引更多的青年投身化学化工的学习和研究，并能立志终生从事化学化工事业。

在43位中国工程院和中国科学院院士的共同倡议下，这项工作于2010年在中国工程院化工、冶金与材料工程学部立项。2012年此项目分别被列为中国工程院化工、冶金与材料工程学部、中国科协青少年科技中心、中国科学技术协会科学普及部重点资助项目。

中国工程院金涌院士担任总策划，多位院士和几十位目前在高校及研究机构一线从事教学和科研的专家，在繁重的教学和科研工作之余，担任顾问、参与选题策划、编写视频短片脚本，指导制作公司制作视频短片、撰写书稿等。

由于手头几乎没有可供借鉴的音像资料，制作团队耗时几年，仅召开的研讨、修改会议就有上百次之多，一次次推翻，一次次重构，有关细节修改的往来邮件及微信会商不计其数。在大家的共同努力下，从无到有，使这套凝聚了许多人的心血、得到众多专家学者的支持、反映化学化工前沿的视频短片集及配套的科普书终于面世，得以奉献给大家。

第1集已经累积赠送给全国多所高中、大学的化学化工教师和学生1万多套纸书和光盘（含U盘），目前仍在持续赠送。第1、2集的20个短视频已在多个网站上线。在每年清华大学组织的中学生化工学科营上，这些短视频已为全国100多所中学的高中学生放映，效果很好，学生在轻松愉快的氛围中接受化学化工的前沿知识。在日常教学方面，中学教师会利用短片对学生进行知识拓展教育，大学教师会利用短片对新生进行专业普及教育，反响都很好。现在看来，利用几年时间制作、打磨化学化工视频短片集和配套科普书是值得的。当然，由于各方面条件的制约，也深感此项工作尚未做到十分完美，但愿我们未辱使命。

本书及配套的10个短视频编写的内容，力争以当今世界最前沿的化学化工科技成果为首选，尽量做到前沿性、科学性、科普性、趣味性、艺术性、传播性的统一。短视频制作以小见大，力求准确、新奇、美观。配套科普书力求深入浅出，图文并茂。

《数字化工》短视频和文章介绍了数学和计算机在现代化学工程学科中的重要作用。在传统认识中，化工是偏重于实验的技术科学，但是随着数学和计算机的迅速发展，化学工程师越来越多地运用大量精准的数学模型和计算机模拟，深入探究化工过程中的流动、传热、传质与反应规律，实现反应器的精准设计、稳定调控和可靠运行。短视频和文章通过典型流动体系模拟与虚拟过程平台及应用实例，揭示了化工研发新模式——数字化工——对于实现绿色智能过程制造的重要意义，并呼吁广大青年学子积极迎接这一机遇与挑战。

《触“膜”世界》短视频和文章介绍了膜技术是解决资源匮乏、能源短缺、生态环境恶化、医疗医药等重大问题的新技术之一，膜产业是21世纪的朝阳产业。为了普及膜技术知识，帮助读者初步了解膜的功能及用途，本章介绍了分离膜及膜分离过程，简述了膜的种类、结构与性能、膜的制备方法、发展历程及主要膜过程的特点。介绍了膜技术在水处理、气体分离、能源、健康医疗等典型领域中的应用案例，分别综述了膜在该领域的应用状况，列举了工程应用实例，并展望了膜技术未来的发展方向。

《碳纳米管》短视频和文章介绍了这种新兴的纳米碳材料的发现与制备的起因背景，简述了碳纳米管制备的主要科学原理、不同结构的碳纳米管生长和制备的控制机制，描述了碳纳米管如何实现产业化。本文还从结构与性能关系和应用角度，讨论了碳纳米管的强度特性、导电特性、半导体性能，储能应用等。阐述了碳纳米管作为纳米粉体的使用安全问题。最后对未来的应用前景进行了展望。

《石墨烯》短视频和文章描述了人类文明的发展与使用材料的进步是齐头并进的。21世纪初，石墨烯的发现为人们打开了新材料时代的崭新大门。石墨烯是由与铅笔芯成分一样的碳元素构成，只有一个原子层厚度，但却拥有其他材料所无法比拟的众多优势和性能，被誉为“新材料之王”，短短数年已在全球范围内引发了一场研究热潮和技术革命。石墨烯为什么能被寄予如此高的期望？它将如何改造我们的世界，带领我们迈向下一个发展阶段？短视频和文章为大家讲述石墨烯的前世、今生和未来，解读石墨烯的发现历史、特殊性质、制备技术和应用前景。

《百变高分子》短视频和文章介绍了因高分子的化学结构和聚集态结构具有可设计性，所以形成了结构多样、性能各异的材料。高分子，除了分子量高，还有哪些高明之处呢？或许有人以为，高分子不就是我们耳熟能详的脸盆、牙刷、拖鞋吗？那可是太小瞧了高分子！除了衣食住行所见的高分子熟面孔，还有不少“黑科技”后面的材料英雄也是高分子。上天、入地、下海；国防、航天、信息、电子、医药等高技术领域都有高分子大显身手！本章从这些千变万化、性能各异的多彩高分子世界中略举几例，以飨读者。亲爱的青年读者朋友，更多的神奇高分子，等待你来探索和创造！

《太阳燃料》短视频和文章介绍了人工光合成太阳燃料，这是解决能源和环境问题，构建生态文明的途径之一，但其发展仍然面临许多科学和技术上的挑战。自然光合作用是利用太阳能将水和二氧化碳转化为生物质的过程，其基本原理为构建高效的人工光合成体系提供了重要的理论基础。发展高效的人工光合成体系，就是实现利用太阳能分解水制氢，或者耦合二氧化碳产生液态太阳燃料。本章内容阐述了从自然光合作用的原理获得启发，道法自然，构建高效人工光合成体系生产太阳燃料的基本理念、基本原理和实践，特别介绍了我国科学家的突出贡献。

《矿化固碳》短视频和文章介绍减少二氧化碳排放的新技术，而碳减排已成为人类的共同使命。矿化固碳，是基于地球大气演化过程中的“硅酸盐-碳酸盐”转化，将二氧化碳转化为碳酸盐而固定并重新利用的途径。为加速这一地球上古老化学反应的速度，满足减少二氧化碳排放的迫切需要，化学和化学工程领域的科学家，基于化学链的原理构建了新的矿化工艺，通过化学工程的方法为二氧化碳矿化反应量身定做高效反应器，并降低整个过程的能量消耗，加速自然界的碳循环，让二氧化碳重返正途。

《手性之谜》短视频和文章以手性为线索，介绍了手性起源，手性概念，手性化合物的制备和手性分子的发展的未来趋势。图文并茂地展示了手性世界的奥秘，深入浅出地给读者讲述了神奇的手性世界的故事，解释了手性分子研究领域充满活力、生机勃勃的缘由，手性不仅和人类生命、生产和生活的方方面面息息相关，而且存在着很大的潜在研究发展空间。通过揭示手性谜团，为青年揭开了一个更为广阔更加美丽的化学化工世界。相信这会进一步激发他们的学习探究的兴趣。

《人工酶》短视频和文章介绍了酶，这是具有生物催化功能的生物大分子，凭借其催化效率高、底物专一性强、环境友好等优点，在化工、制药等行业得到了广泛的应用。然而，天然酶有限的催化性能不能满足人们日益增长的需求，需要构建人工酶应用于工业生产中。计算酶设计是近10年发展起来的一种创造新酶的技术，能够充分利用计算机强大的计算能力从头设计人工酶，用于指导通过基因工程的手段改造天然酶，得到人工酶。本章从酶的发现和认识出发，引出计算酶设计，然后阐明用计算酶设计方法设计人工酶的必要性，接着介绍计算酶设计的分类、理论依据和方法，最后给出计算酶设计的几个典型的应用案例，展示计算酶设计方法在现代化工和生物医药领域中的应用潜力，并指明酶设计未来的发展趋势。

《食物之魅》短视频和文章介绍了能为我们带来色香味的食品添加剂。民以食为天，食物除了维持人类生命活动的基本功能外，还给我们带来了视觉、嗅觉和味觉多方位的享受，展现了无穷的魅力。分子结构多样的化学物质构成了食物色香味的基础，而这些提供色香味的化合物的形成离不开各种复杂的化学反应。如今工业化食品在人类的饮食结构中日渐重要，食品工业生产中的保鲜、加工、防腐、增香等都离不开食品添加剂，而化学工程技术是食品添加剂生产以及食品加工的重要基础。化学与化学工程通过寻找、改造和重组各种分子结构，让食物更加充满魅力。未来，食物的寻“魅”之旅将充满机遇和挑战，让我们一起努力，创造更多的人间美味。

倡议编写本套短视频集及配套科普书的两院院士如下。

中国工程院院士（排名不分先后）：

曹湘洪、陈丙珍、高从堦、关兴亚、侯芙生、胡永康、金涌、李大东、李龙土、李正名、毛炳权、欧阳平凯、沈德忠、桑凤亭、沈寅初、舒兴田、汪燮卿、王静康、魏可镁、吴慰祖、谢克昌、徐承恩、杨启业、袁晴棠、袁渭康、朱永（贝睿）、薛群基。

中国科学院院士（排名不分先后）：

白春礼、陈凯先、费维扬、冯守华、高松、李灿、何鸣元、侯建国、洪茂椿、林国强、万惠霖、杨玉良、张玉奎、赵玉芬、郑兰荪、周其凤。

另有许多两院院士通过不同途径，表达了对本项工作的支持。特别是李静海院士、陈芬儿院士、李灿院士、孙宝国院士日理万机，仍抽出时间，在第2集的短视频中亲自出镜讲话。在此，谨对这些院士表示衷心的感谢！

本套化学化工前沿短视频集除由金涌院士担任总策划外，由清华大学杨基础教授、张立平副教授担任全程策划，新增丁富新教授为第2集策划，会同孙海英秘书全程协调；配套科普书的主编为金涌院士，执行主编为清华大学杨基础教授，第2集书新增丁富新教授为主要编委。

谨对参与第2集制作的清华大学、中国科学院过程工程研究所、中国科学院大连化学物理研究所、复旦大学、北京工商大学、南京工业大学有关人员及其他为短视频集和配套科普书出版付出努力的全体有关人员、制作公司和清华大学出版社宋成斌编辑表示衷心的感谢。

本套短视频集和配套科普书可用于高中生课内外观看和阅读，扩大眼界，拓展知识，也可用于大学一年级新生的化学化工前沿研讨课，还可用于对大众进行化学化工科普教育。

化学化工前沿科普视频短片集及
配套科普书编制组
2022年5月