刚刚过去的2022年，世界顶尖科学家协会（WLA）的科学家们，做出了哪些新成果、新发现？
WLA智库部门整理了WLA科学家2022年度科研成果。在今天推送的合成化学+能源环境篇，夏普利斯因“点击化学”二获诺奖。愿2023年WLA的科学家们，学术研究硕果累累。
合成化学相关
夏普利斯因“点击化学”二获诺奖
巴里•夏普利斯因“点击化学”再获2022年诺贝尔化学奖，成为本年度化学领域热点事件之一。点击化学精简合成，通过可靠的连接组装具复杂功能的分子。但这种合成方式在当前仍具有挑战性。夏普利斯等对此进行了反思并展望未来，进一步挖掘点击化学的合成潜力。
Reference: https://www.nature.com/articles/s44160-021-00017-w
化学能驱动的单向旋转分子马达取得新进展
人造分子马达作为能量转换装置在纳米运输、分子泵、智能材料、信息储存以及生物医疗等方面有重要应用前景。然而，化学能驱动的人造分子马达的合成难度高、单向性较差和能量利用率低等因素导致相关研究进展缓慢。
荷兰格罗宁根大学教授、2016年诺贝尔化学奖得主Ben L. Feringa与中山大学合作方共同开发了一种由化学能提供燃料的自主单向旋转分子马达。该马达具有三个不同立体化学元素的同手性双芳基，在化学燃料的驱动下，两个芳基能围绕一个单键轴进行重复和单向的360°旋转。在自主旋转周期内酯环化、螺旋反转和开环的过程依次进行，旋转的单向性可高达99%。值得注意的是，该团队在研究过程中还发现了“动态动力学水解”的现象，并提出了分子马达的连续转动过程中存在的动态动力学控制现象，从而大大提升了转动单向性和燃料利用率。该成果将为智能材料、仿生合成纳米机器以及智能药物的研究提供新的思路和物质基础。
Reference: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05033-0
模块化萜烯合成新法：电化学耦合法
广泛分布于植物、昆虫、真菌和海洋生物中的萜烯类天然产物具有重要的生物医学价值，如抗癌药物紫杉醇、抗疟疾药物青蒿素以及抗生素类药物穿心莲内酯等。因此，如何高效地、模块化且立体选择性地合成萜烯成为合成化学的重要研究方向之一。
美国Scripps 研究所的Phil S. Baran教授团队与合作者将电化学偶联用于萜烯的模块化合成。他们利用银纳米粒子修饰的电极，通过镍催化的电化学sp2 -sp3 脱羧偶联反应，实现了从简单模块化合成砌块到萜烯天然产物和复杂多烯的组装。
该策略不仅减少了*能官**团相互转化和氧化还原步骤，而且还实现了13种复杂萜烯天然产物的规模化合成电能，从而使反应体系更清洁、高效。
Reference: https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.abn1395
实现氮杂芳烃C-H键的任意“分子编辑”
长期以来，如何精确控制多反应位点分子骨架的反应选择性是有机合成和药物研发领域的重要挑战。美国Scripps 研究所的余金权教授开发出一种强大的新方法，可以任何所需顺序在任何给定位点上修饰双环氮杂芳烃，极大扩展了药物和其他有用分子的多样性，从而构建出更简单、更灵活的分子设计，使化学家能够合成无数以前遥不可及的化学产品，包括潜在的重磅药物。
余金权和合作者设计了两个截然不同的导向模板，通过仔细调控模板设计中的距离、几何结构和手性因素，精确地实现了双环氮杂芳烃上远程相邻（C6vs. C7）和位置相似（C3 vs. C7）位点的模块化区分和远程*能官**团化。利用此调控模板，直接实现了C-H*能官**团化。
Reference: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05175-1
能源环境相关
异羟肟酸预吸附可提高共敏太阳能电池的效率
染料敏化太阳能电池（DSC）通过使用吸附在纳米晶介孔二氧化钛（TiO2）薄膜表面的光敏剂以及电解质或固体电荷传输材料将光转化为电能。控制染料分子在TiO2表面的组装，可进一步提升电荷转化效率。
瑞士洛桑联邦理工学院教授、爱因斯坦世界科学奖得主Michael Grätzel发现，在TiO2表面预吸附单层异羟肟酸衍生物，将有效改善两种新设计的共吸附敏化剂的染料分子堆积和光伏性能，从而提高共敏化太阳能电池的功率转换效率，并显示出长期运行稳定性（500 h）。该研究结果为轻松获得高性能DSC提供了策略，并为使用环境光作为能源的低功耗电子设备的电源和电池替代品的应用提供了广阔的前景。
Reference: https://www.nature.com/articles/s41586-022-05460-z
聚烯烃降解新思路，有望解决塑料回收的世纪难题
聚乙烯已成为最广泛应用应用的聚合物材料之一，但废弃的聚乙烯材料对生态环境造成了巨大的伤害，因此开发一种聚乙烯的回收工艺对于环境保护和废弃资源再利用都具有重大的意义。
加州大学伯克利分校教授、2019年沃尔夫化学奖得主John F. Hartwig课题组开发了一种新型的聚乙烯降解工艺。该工艺使用催化剂，将高密度（HDPE）或低密度（LDPE）的高分子量聚乙烯脱氢并与乙烯发生复分解反应形成丙烯，收率高达80%。这种温和催化技术有望用于解构原本稳定的聚烯烃，具有十分广阔的应用前景。
Reference: https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.add1088
预测极端天气的新方法
极端天气事件很少发生，但可能会产生毁灭性的影响。为此，1997年诺贝尔物理学奖得主、斯坦福大学朱棣文团队开发了一种新型统计分析方法，以确定百年一遇的极端天气事件是否变得越来越频繁。研究者根据美国1979-2019年间所记载的温度和降雨量等，使用非参数贝叶斯法确定极端天气的频率变化与发展趋势。根据统计数据显示，极端高温的风险正明显增加，但降雨可能因季节而异。
Reference: https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2207536119