1、“自由基化学反应的机制与功能”重大项目指南
自由基是化学转化过程中的一类关键中间体，但受制于其短寿命和高活性等特征，目前对自由基反应的本质认识十分有限。阐释自由基的产生机制、反应活性和选择性调控、成键的热力学和动力学过程等关键科学问题，有助于发挥自由基化学的独特优势，指导新型绿色、高效、高选择性自由基反应的设计和开发，为化学、材料和生命科学等领域提供有力的合成与认知工具，助力合成化学的变革性发展。
一、科学目标
针对自由基化学的研究现状和趋势，揭示自由基反应的本质和规律，探讨自由基形成与转化过程中的动力学和动态学，开发大宗化工原料的自由基新反应，并应用于重要生物活性物质和精细化学品的高效高选择性合成，优化资源利用，加速医药研发，推动化学工业变革性方法和技术的跨越发展，提升我国在自由基化学领域的学术地位。
二、关键科学问题
（一）自由基的产生与成键机制。
（二）自由基反应活性和选择性调控机制。
（三）自由基转化过程中的热力学和动力学规律。
2、“化学反应的超分子调控”重大项目指南
化学反应的超分子调控是实现化学反应精准化的一个重要且独特的手段。通过多重与多种非共价相互作用的动态化协同，超分子方法有望在不同时空尺度上高效且特异性识别反应底物、中间体和产物，从而实现对反应位点和反应路径的高效与高选择性调控。旨在揭示非共价相互作用对活性中间体物种结构、寿命及反应路径等的有效调控机制，阐明超分子活性中间体的结构与反应规律，为创造新物质提供新的思路和方法，并推动化学合成向精准化发展。
一、科学目标
创建有机分子组装体及生物大分子组装体等新型超分子体系，开发调控化学反应的超分子新方法，实现对化学反应的路径、效率及选择性的精准调控，发展高效的分子转化与功能化反应策略，为创造新物质提供变革性的思路和研究范式。
二、关键科学问题
（一）非共价相互作用对化学反应中间体结构、寿命、活性的影响。
（二）非共价相互作用对反应路径和选择性调控的机制。
3、“能量代谢仿生体系的构建与功能”重大项目指南
能量代谢是生命存在的基础。在细胞内，包括生物分子马达在内的多种分子机器构成了能量代谢的载体，驱动了物质运输、DNA复制及细胞分裂等各种生命活动。人体内能量代谢的异常往往导致肿瘤等重大疾病的发生。在体外构建具有能量代谢功能的仿生体系对于理解和调控生命的能量代谢过程具有重要的意义，并有望为治疗重大疾病提供新的思路。
通过模拟活细胞，构建具有能量代谢功能的仿生体系，发展相应的理论和表征技术，深入理解其本质规律，进而创制定向驱动的能量代谢仿生体系，实现肿瘤细胞的能量代谢精准调控，为肿瘤治疗提供新的方法。
一、科学目标
以生物分子马达等重要能量代谢分子机器为原型，构建具有能量代谢功能的仿生体系，发展相应的理论和原位动态表征技术，揭示其跨尺度能量转化和物质输运机制，建立能量分子合成模型，实现肿瘤细胞能量代谢的精准调控，并为癌症治疗提供新的解决方案。
二、关键科学问题
（一）高效准确构建具有能量代谢功能的仿生体系。
（二）阐明和控制仿生体系能量代谢的作用机制。
（三）实现仿生体系与重要生物过程的功能耦合。
倍频晶体可实现激光波长的转换，是光学器件的关键材料。由于稳定性好和激光损伤阈值高，无机倍频晶体在国防科技、精密加工和量子信息等领域得到了广泛的应用。自上世纪七十年代以来，我国发现并开发了以可见波段的BBO 、LBO和深紫外波段的KBBF为代表的、享誉世界的“中国牌”倍频晶体。由于已知倍频材料的“基因”有限，无机倍频晶体材料的研究仍局限于硼酸盐和磷酸盐体系，造成了倍频材料“基因”固化和材料“基因”封闭的困境。拓展功能优异的新型无机倍频晶体材料种类、缩短研发周期是本领域的重大需求。旨在建立新的研究范式，以理论计算与机器学习为指导，化学材料创制为主线，功能晶体制备为目标，从源头上解决制约传统倍频晶体材料的服役性能瓶颈问题，确保我国在倍频晶体材料领域的国际领先地位。
一、科学目标
通过新理论模型和倍频晶体材料“基因”数据库的建立，应用机器学习和数据挖掘技术，发现新型材料“基因”，建立基于新型“基因”的倍频晶体材料可控合成新策略、新方法，揭示材料“基因”的键合特性及组装规律对带隙、双折射率以及倍频效应等光学性能的作用机制，制备功能优异的新型倍频晶体材料，实现化学创制新颖无机倍频晶体材料的目标，创制新一代“中国牌”倍频晶体材料体系，进一步提升我国在该领域的国际地位。
二、关键科学问题
（一）发现有共性的、全新的材料“基因”。
（二）创制基于全新“基因”的无机倍频材料新体系。
（三）揭示材料“基因”与晶体材料的构效关系。
5、“基于大科学装置的脑海马区分子图谱分析”重大项目指南
大脑是人体最复杂的器官， 也是极为精巧和完善的信息处理系统，其功能连接和工作机制是科学家们一直尝试解决的重大科学问题和难题。欧盟、美国、日本等国家先后发布各自的脑科学研究计划，2016年我国也发布了"中国脑计划：脑科学与类脑研究"。但对于脑的介观精细结构、化学分子的定性定量和功能分区定位仍然知之甚少。快速精准、高时空分辨的脑介观结构与功能定位的成像是绘制大脑神经分子图谱、理解大脑生理病理过程及发展类脑人工智能的瓶颈。
同步辐射大科学装置的迅猛发展，为脑结构成像提供了革命性工具。具有超短波长的同步辐射X-射线成像技术，有望为脑介观结构的高分辨成像提供革命性工具。将X-射线成像与光学、电学测量技术融合，则为进一步探索脑相关的基础生命化学领域新现象、新规律和新知识提供了新途径。
一、科学目标
拟聚焦特定脑功能区海马区分子图谱分析，依托同步辐射大科学装置，突破现有对脑和神经系统介观尺度测量的瓶颈，建立超高分辨 X-射线成像技术，探索脑海马区介观结构的高分辨快速成像途径，发展融合标记/染色探针，在亚微米尺度分辨率下对海马区实现神经回路图谱的三维X-射线成像。结合分子光谱、电化学等技术，发展脑海马区功能分区定位、神经分子连接的亚微米级成像方法和融合探针，对神经小分子、蛋白质等化学分子进行定性定量、结构和相互作用及功能分区定位成像研究，实现对脑海马区化学物质的精准检测。利用深度机器学习方法，建立人工智能大数据，建立脑海马区结构和功能分子关联图谱。
二、关键科学问题
（一）脑结构宏观和介观分析的同步辐射X-射线快速成像新方法。
（二）多模态成像技术的原位信号集成和复杂图像的融合分析方法。
6、“高强多功能碳纳米管纤维基础研究”重大项目指南
碳纳米管是强度最高的材料之一。可控制备出接近单根碳纳米管力学性能的宏观纤维对实现其规模化应用具有重要意义。围绕高强多功能碳纳米管纤维，研究结构完美碳纳米管的可控制备、基础物性以及不同尺度下碳纳米管的组装规律，开发出高强度碳纳米管纤维。通过建立碳纳米管宏观纤维的制备工艺-结构-性能关系，发展结构功能一体化碳纳米管纤维复合材料体系，推动我国高性能碳纤维生产技术的发展。
一、科学目标
针对碳纳米管的晶格缺陷和尺寸效应，从原子结构控制、极致性能探索、宏观纤维组装、多级结构设计与功能化入手，揭示不同尺度下碳纳米管界面生长和组装规律，开拓高性能碳纳米管纤维增强、增韧的技术原理和方法，并实现高强功能化碳纳米管纤维从创制到应用的突破。通过项目的实施，获得成套先进碳基纤维生产的基础理论和技术原型，形成一支国际上有重要影响力的研究队伍，提升我国相关领域的原创和引领能力。
二、关键科学问题
（一）结构完美超长碳纳米管的精准构建及生长机制。
（二）高强高韧碳纳米管宏观纤维的制备技术。
（三）碳纳米管宏观纤维的力、电学性能调控机制及构效关系。
7、“生命过程中外源污染物的识别与追踪” 重大项目指南
我国当前面临复杂的环境污染状况，许多区域性高发疾病的环境污染诱因尚不清楚。旨在通过化学与环境科学、生命科学、医学等学科的交叉，加强对环境污染与疾病发生关系的认识，建立人体内暴露和环境外暴露的联系，获取外源污染与疾病发生因果关系的科学依据，推动环境健康科学研究范式的完善，服务于污染防控和全民健康的国家战略目标。
一、科学目标
建立生命过程中超痕量外源污染物的识别、鉴定和溯源方法，识别体内若干未知外源污染物，揭示外源污染物在体内的真实赋存状态、暴露途径、跨生物屏障转运机制、代谢归趋及生命周期；追踪其外部污染来源，解析人体内暴露和环境外暴露的关系，阐明外源污染物与关键生物分子的相互作用、对重要生理功能及生命过程的扰动机制；辨识典型区域性高发疾病的环境污染诱因，力争打开外源污染物在人体内存在及作用的认知“黑箱”。
二、关键科学问题
（一）生命过程中外源污染物的识别与表征。
（二）人体内外源污染物的暴露途径和代谢转化。
（三）外源污染物的体内毒性分子机制。
（四）外源污染物对重要生理功能和生命过程的扰动机制。
8、“环境中抗生素抗性基因扩增传播界面行为及其风险”重大项目指南
抗生素抗性基因的暴发性与广泛传播已严重威胁生态环境和人类健康，是当前国际上亟待解决的重要环境健康难题。抗生素抗性基因及其载体的多介质环境界面行为涉及物理、化学、生物过程，决定了抗性基因的增殖扩散、生物效应及健康风险，而抗生素和其他污染物的共选择可加速抗性基因的水平转移，进一步增大其健康风险。因此，揭示抗生素抗性基因在固-液-气-生物界面增殖扩散的生物化学机制及调控原理，阐明复合污染对抗生素抗性基因产生和传播的共选择机制，探明抗生素抗性基因的区域扩散过程和驱动因子，明确抗生素抗性基因的人群暴露途径和潜在健康风险，对深刻认识抗生素抗性基因的环境行为、遏制抗生素抗性基因在环境中的迁移传播、服务生态系统与人类健康具有重要意义。
一、科学目标
针对威胁人类健康的抗生素抗性基因，发展环境中抗生素抗性基因原位富集检测方法，从分子水平揭示化学污染物驱动下抗性基因在水-土-气-生物界面上的扩增及调控原理，阐明复合污染胁迫下微生物抗性的共选择机制，明确抗性基因区域传播途径及主控因子，认识人为与自然因子交互作用对抗性基因形成的驱动机制，构建抗性基因人群暴露的评价模型，在抗生素抗性基因的界面扩增、区域传播、阻控原理、风险防控等方面取得突破，并通过多学科交叉研究推动环境化学学科发展。
二、关键科学问题
（一）抗生素抗性基因的微界面行为及调控原理。
（二）化学污染物对抗生素抗性基因的共选择机制。
（三）抗生素抗性基因区域传播扩散过程及机制。
（四）抗生素抗性基因人群暴露途径及风险。
9、“天然药物分子的生物合成与创新”重大项目指南
天然产物是药物发现和发展的重要源泉，其结构多样性是实现功能多样性的分子基础。合成化学和合成生物学是天然药物制造与创新的重要方法与手段。针对活性显著、结构独特或/和临床应用广泛的天然药物分子家族，建立生物合成途径，解析酶学机制，揭示自然中分子进化与演变的基本规律。在此基础上，促进合成生物学与合成化学的交叉融合，发展基因组水平的天然产物发现新策略，加速天然药物新分子的创制并拓展其用途。相关成果将应用于新药发现以及药物绿色生产，并促进我国相关产业技术发展方式的转变。
一、科学目标
聚焦来源于微生物和植物的重要天然药物分子家族，围绕化学机制和反应规律的阐明与应用，研究生物合成途径和酶学机制。在此基础上，开展合成生物学与合成化学相结合的天然药物分子高效精准制备和新药物分子的发现，获得一批具有自主知识产权和临床应用前景的新型天然药物分子，为天然药物创制方式的变革提供可借鉴的范例。
二、关键科学问题
（一）天然药物分子生物合成的化学机制、酶学机制与反应规律。
（二）天然药物分子进化与演变的物质基础。
10、“催化反应微区热耦合机制与调控”重大项目指南
多相催化反应过程必然伴随着能量的传递。脱氢、重整、裂化、加氢、氧化、聚合等常见反应均具有强吸放热效应，是影响化工过程安全性的关键因素，并导致高能耗和高排放。催化反应微区结构影响反应路径，反应热随动力学过程呈现非线性变化；同时，多相间的传热速率正比于传热面积和温度差，并受到多相间的热传导、热对流和热辐射等不同途径的影响。拟构建强吸放热反应系统的调控方法，结合化工过程强化手段，实现强吸放热反应过程的高效稳定运行和节能减排，从反应源头保障化工本质和过程安全。
一、科学目标
拟针对催化过程中反应热与传热的耦合过程，在催化反应微区、催化剂颗粒、反应器等多层次进行研究，揭示纳微尺度上催化活性位微区反应热与传热的演变规律，发展用于检测活性位微区和反应器中温度变化的原位动态表征技术；明确能够适应强吸热和强放热反应过程的催化材料结构特征，建立热学性质可控的催化剂工程制备策略；设计与强吸放热过程匹配的反应器结构，利用过程强化手段，提高反应过程能量利用效率，提升化工过程的稳定性和安全性。针对典型强吸放热反应过程开展工程化研究，构建1-2个节能降耗、绿色安全的示范工程，开辟化工领域的特色方向。
二、关键科学问题
（一）催化活性位微区结构对反应热效应的影响规律。
（二）多相间反应热与传热的非线性匹配机制。
（三）多相热耦合反应与系统能量优化机制。
申请条件及注意事项等更多详细内容，请点击阅读全文。（链接http://www.nsfc.gov.cn/publish/portal0/tab434/info81561.htm）
来源：国家自然科学基金委
