联合国大会将2022年确定为“国际基础科学促进可持续发展年”，并于2023年8月通过《联合国科学促进可持续发展国际十年(2024–2033年)》决议，彰显了国际社会对基础科学作为推动人类文明可持续发展关键力量的广泛共识。作为研究物质创造与能量转化的基础学科，化学不仅是揭示自然规律的核心工具，更是改造世界、塑造未来的重要驱动力。化学与物理学、生物学等学科共同构成了人类探索自然、改造自然并提升福祉的科学基础，其发展深度与广度直接关系到人类应对未来挑战、实现可持续发展的能力。

1 化学学科的起源与发展

化学学科在人类长期探索，特别是近几个世纪系统研究的推动下，已发展成为理论体系严密、方法系统成熟的基础科学分支。从拉瓦锡确立质量守恒定律，开启定量化学研究，到道尔顿提出原子论，再到康尼查罗完善原子-分子论，化学逐步建立起“物质由原子构成，原子结合为分子，分子及其聚集态结构决定物质性质”的基本认知框架。这一框架一经建立就构成了化学学科的理论基石，几百年来，未曾被颠覆。

不过，化学的发展从未间断。1987年、2016年及2025年诺贝尔化学奖先后授予超分子化学、分子机器与框架化学等领域的开创者，标志着化学研究正从传统的共价键强相互作用范畴，拓展至分子间弱相互作用、动态键合、多级组装与结构调控的新阶段，亦即“超分子化学”乃至“适应性化学”阶段。在此过程中，化学家创制新物质的手段不再局限于传统“合成”，“组装”在物质构建中的作用日益凸显。近年来，面向功能应用，人工智能赋能与理性设计下的结构创新研究更加受到关注。2022年，中国科技大学罗毅、江俊团队推出了能够自动读取云端数据库文献，并据此提出实验方案，然后在室内或在线控制移动机器人执行包括合成、表征和性能测试等在内的全部实验过程的全能人工智能化学家。2024年，谷歌DeepMind最新版本AlphaFold实现了对蛋白质与其他分子相互作用的精准模拟。这些努力无疑可以极大地推动化学科学研究，加速新药物发现。可以说，化学学科发展已经开始进入全新的智能化学阶段，2024年诺贝尔化学奖授予人工智能学者就充分说明了这一点。

同时，化学研究对象不断丰富，化学测量从物质组成的定性定量分析，扩展至分子结构、聚集体结构的波谱解析、衍射表征、可视化观测乃至单分子与单颗粒水平的物性、结构、反应性测量。动态过程、激发态行为、软物质界面、分子器件以及理论与实验方法的创新，正成为化学研究的新前沿。化学的认知边界持续拓展，学科能力显著提升。在物质创新领域，化学学科实现了从“合成”到“合成+组装”，再到“理性设计→(合成+组装)”，然后再到“人工智能→理性设计→(合成+组装)”的跨越。

2 化学与物理、生物的交叉融合

化学的发展始终与相关学科相互依存、协同演进。化学与物理学的深度融合尤为显著：X-射线衍射、波谱、时间分辨与成像等物理方法使化学家得以直观解析分子结构、反应动态、激发态过程；量子力学与统计力学则为理论化学的建立与发展奠定了基石。反过来，化学在半导体、低维材料、组装材料、梯度材料、超构材料等物质创制方面的不断突破为物理学探索新现象、总结新规律提供了材料载体，直接推动了工业技术的进步。

化学与生物学的互动同样深刻。化学家建立的原子-分子论促使生物学研究从细胞层次迈向分子层次。DNA双螺旋结构的揭示，本质上是化学键与立体化学原理在生命体系中的具体体现。化学学科的发展催生了生物化学与化学生物学，而生命科学对自我复制、自我修复、自我调节，以及外场感知等生命机制的阐释，也为化学家设计具有“类生命”特征的自适应分子系统提供了灵感，推动化学从制备被动“响应性材料”向创制主动“互动性材料”跨越。

正如华为创始人任正非所指出的，芯片制造不仅依赖设计能力，更取决于制造设备与化学试剂等基础工业水平。这深刻说明，强大的化学学科是尖端科技产业发展的根基。化学是连接微观与宏观世界的桥梁，也是贯通无生命与有生命体系的纽带。化学已经成为理解从原子到物质、从细胞到生命、从生命到意识等一系列根本性变革的依据。可以预见，化学将在破解生命起源、大脑思维、意识本质、碳基生命与硅基智能融合、合成生命、“不可能物质”创制、人工光合成等世纪难题中发挥关键作用。

3 化学与人类可持续发展

化学的使命始终与人类的生存发展紧密相连。在人口增长、气候变化、资源短缺、环境压力日益严峻的背景下，化学作为基础性与驱动性学科，其作用愈发凸显。

在保障全球粮食安全方面化学的作用不可或缺。就提高粮食产量而言，化学贡献具体而深远：现代农业产能很大程度上依赖于化学工业的支撑。据统计，全球约三分之一的粮食产量直接归功于化学肥料的使用。同时，化学农药通过有效防控病虫草害，显著降低了作物产前产后损失。以我国为例，科学施用农药每年可挽回数千万吨粮食损失，约相当于河南省全年粮食总产量，对保障国家粮食供给意义重大而深远。化学的作用不仅在于“增产”，更在于“减损”。从增强作物抗逆性的生长调节剂，到防治储粮霉变与虫害的熏蒸剂与防护剂，化学技术贯穿“从田间到餐桌”全链条，最大限度降低粮食损耗。此外，化学测量技术构建起严密的农产品安全监测网络，对农药残留、重金属污染等风险实施精准管控，在保障产量的同时守护质量安全。可以说，化学在构建全球与国家粮食安全体系中扮演着多重不可替代的角色。

在人类健康领域，化学同样发挥着关键作用。青蒿素这一源自中药并经化学提取、修饰与验证的药物的发现与应用，已拯救了全球数亿人免于疟疾威胁，成为化学与生命科学交叉服务人类健康的典范。随着合成化学、药物化学与化学测量技术的进步，现代医药工业持续推动抗生素、疫苗、靶向药物及创新疗法的研发，为应对多样性疾病提供日益精准的药物选择。化学还在疾病预防、诊断与健康管理等多层面构筑防线：在预防层面，化学消毒与营养强化技术降低了传染病传播风险；在诊断层面，免疫分析、分子探针与医学影像等技术为早期精准诊断提供核心工具。此外，化学在药物制剂、医用材料与营养评估等方面的创新，正推动全周期健康保障体系的构建。

在推动能源体系绿色转型方面，化学居于核心地位。面对气候变化挑战，化学家在“开源”与“节流”两端寻求突破：在“开源”方面，晶硅电池、钙钛矿太阳能电池等新型光伏技术的光电转换效率在化学材料创新推动下不断刷新，为低成本高效捕获光能奠定基础；在“节流”与储能方面，化学原理深化应用驱动电池能量密度与循环寿命持续提升；电催化或光催化水分解制“绿氢”技术，则为间歇性可再生能源转化为可储存化学能提供了可行路径。这些技术进步均源于化学家对物质结构与性能关系的深刻理解，通过分子设计、界面调控与反应工程，创制功能材料，揭示能量转换微观机制，最终实现能源效率优化。化学的基础创新为“双碳”目标实现与新型能源系统构建提供了科学与技术支撑。

4 化学学科的变革与愿景

化学科学研究正经历一场深刻的范式变革。其研究重心已不再局限于分子尺度的结构、合成方法、组装工艺的创新，或是对材料多功能性的单纯追求，而是逐渐转向在多层次、多尺度的复杂体系中，实现对分子结构、分子行为、反应路径与系统性质的精准理解、可靠预测及主动调控。这一转型不仅依赖于对分子间相互作用与反应机理的深刻认识，更需融合先进表征技术、理论模拟、数据科学与人工智能等方法，从而在介观乃至宏观尺度上实现对化学过程的高时空分辨操控。这标志着化学研究正从“揭示和认识规律”向“按需设计与理性调控”跨越，为能源、医疗、环境、材料等关键领域提供更加精准与智能的解决方案。同时，也对当代化学工作者提出了更高要求，这就是必须构建跨学科的知识结构与创新能力，成为能够在交叉领域开展创新研究、解决真问题、满足真需求的复合型人才，亦即，产业界所呼唤的“交叉创新人才”。

在可预见的未来，化学学科需发展原子经济性反应与绿色合成路径，从源头化解物质创制与能量转化过程中的环境压力；需借助人工智能与大数据技术，实现新分子、新材料的精准设计、合成与组装过程的自动化与智能化；还需创制具备感知、计算、响应乃至自修复能力的“智能物质”系统，在师法自然的基础上实现超越。通过支撑量子科技、合成生物学、太空探索、人类增强、毫米波通讯、太赫兹探测等未来技术的发展，更好地满足国家战略需求，服务人类文明可持续发展，彰显化学学科的不可替代价值。

《道德经》有言：“万物之始，大道至简，衍化至繁”。化学学科的发展正是这一哲思的生动体现，化学从原子、分子等基本单元出发，逐步构筑起结构与功能趋于无限丰富的物质世界。这一认知历程不仅赋予人类理解与改造物质世界的能力，也塑造了化学工作者严谨求实的思维习惯与精益求精的处事态度，可谓“思及细微，行于精谨”。化学因其基础性而成为科学体系的基石，因其渗透性而融入众多科技领域，因其应用性而持续推动技术革新，更因其不断演进而永葆生机。这些特质共同铸就了化学“顶天立地”的学科品格。

化学从来不是一座孤岛。它是基础科学与工程技术、无生命与有生命物质之间的关键桥梁，是支撑材料、能源、环境、生命、信息等几乎所有科技领域发展的核心支柱。自其形成体系以来，化学始终默默推动着人类文明的进程。可以说，化学对于国家现代化建设、民族复兴以及人类文明的可持续发展，具有不可替代的基础性作用。诚然，化学不能解决所有问题，但若没有化学，现代文明的一切成就都将无从谈起。化学即未来，没有化学，我们所能设想的那个可持续的美好明天也将失去根基。

5 结语

回望历史，实践已作出公正评判：任何对化学的污名化与片面指责，皆为缺乏远见的短视行为。正是化学，一次次将人类从饥馑与疾病中解救出来，为现代社会的运转奠定了坚实的物质基础。展望前路，从实现碳中和的宏伟目标，到构建万物循环的零废未来，我们比以往任何时候都更加需要化学，以及那些在实验室中默默耕耘的化学工作者。他们的探索，不仅关乎地球的未来，也关乎我们全人类共同的、可持续的明天。

为此，我们必须致敬《大学化学》，致敬其数十载如一日坚持为化学正名、坚持为化学教育改革发展鼓与呼。

此文刊载于《大学化学》2025年12期：

房喻. 化学：支撑人类文明可持续发展的关键力量[J]. 大学化学, 2025, 40(12): 66-69.