AI辅助开启化学的新篇章——人工智能在化学领域的应用与发展综述

doi:10.12461/PKU.DXHX202405182

大学化学 >> 2025, Vol. 40 >> Issue (7): 189-199.doi: 10.12461/PKU.DXHX202405182

所属专题： AI赋能化学教育

AI辅助开启化学的新篇章——人工智能在化学领域的应用与发展综述

刘怡帆, 彭浩南

陕西师范大学化学与化工学院, 西安 710119

收稿日期:2024-05-27 录用日期:2024-09-14 发布日期:2025-07-01
通讯作者: 彭浩南 E-mail:phn@snnu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金 (22272101)；科技部重点研发计划(2022YFA12055001)

AI-Assisted New Era in Chemistry: A Review of the Application and Development of Artificial Intelligence in Chemistry

Yifan Liu, Haonan Peng

School of Chemistry and Chemical Engineering, Shaanxi Normal University, Xi'an 710119, China

Received:2024-05-27 Accepted:2024-09-14 Published:2025-07-01
Contact: Haonan Peng E-mail:phn@snnu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要： 本文探讨了人工智能(AI)在化学领域的应用及其带来的革命性变化。AI通过其强大的数据分析和模式识别能力，正在改进化学研究方法，从分子合成到药物发现等多个领域实现了突破。具体案例包括利用AI加速新材料发现、实现自主化学实验室操作、推动个性化化学教育等。此外，AI在环境化学和绿色化学领域的应用也展现了其在污染物行为分析和新能源技术开发方面的潜力。本文强调了跨学科合作、数据共享、AI课程引入等措施的重要性，以充分发挥AI在化学领域的潜力，推动科学研究的进一步发展。

关键词: 人工智能, 化学, 教育, 合成化学, 绿色化学

Abstract: This paper explores the application of artificial intelligence (AI) in the field of chemistry and the revolutionary changes it brings. By leveraging AI's powerful data analysis and pattern recognition capabilities, it is transforming traditional chemical research methodologies, achieving breakthroughs in areas ranging from molecular synthesis to drug discovery. Specific case studies illustrate AI’s role in accelerating the discovery of new materials, enabling autonomous chemical laboratory operations, and advancing personalized chemistry education. Additionally, AI’s applications in environmental and green chemistry demonstrate its potential in pollutant behavior analysis and the development of new energy technologies. The paper emphasizes the importance of interdisciplinary collaboration, data sharing, and the introduction of AI courses to fully harness AI's potential in chemistry, thereby advancing scientific research.

Key words: Artificial Intelligence, Chemistry, Education, Synthetic Chemistry, Green Chemistry

刘怡帆, 彭浩南. AI辅助开启化学的新篇章——人工智能在化学领域的应用与发展综述[J]. 大学化学, 2025, 40(7): 189-199.

Yifan Liu, Haonan Peng. AI-Assisted New Era in Chemistry: A Review of the Application and Development of Artificial Intelligence in Chemistry[J]. University Chemistry, 2025, 40(7): 189-199.

链接本文: https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/10.12461/PKU.DXHX202405182

https://www.dxhx.pku.edu.cn/CN/Y2025/V40/I7/189

参考文献

[1] Baum, Z. J.; Yu, X.; Ayala, P. Y.; Zhao, Y.; Watkins, S. P.; Zhou, Q. J. Chem. Inf. Model. 2021, 61 (7), 3197.
[2] Zhu, Q.; Zhang, F.; Huang, Y.; Xiao, H.; Zhao, L.; Zhang, X.; Song, T.; Tang, X.; Li, X.; He, G. Natl. Sci. Rev. 2022, 9 (10), nwac190.
[3] Walters, W. P.; Murcko, M. Nat. Biotechnol. 2020, 38 (2), 143.
[4] de Almeida, A. F.; Moreira, R.; Rodrigues, T. Nat. Rev. Chem. 2019, 3 (10), 589.
[5] Jie, J.; Hu, Z.; Qian, G.; Weng, M.; Li, S.; Li, S.; Hu, M.; Chen, D.; Xiao, W.; Zheng, J. Sci. Bull. 2019, 64 (9), 612.
[6] Boiko, D. A.; MacKnight, R.; Kline, B.; Gomes, G. Nature 2023, 624 (7992), 570.
[7] Zhu, Q.; Huang, Y.; Zhou, D.; Zhao, L.; Guo, L.; Yang, R.; Sun, Z.; Luo, M.; Zhang, F.; Xiao, H.; et al. Nat. Synth. 2024, 3 (3), 319.
[8] Liu, Z. H.; Liu, Y. X.; Yang, Y. L.; Li, J. F. ACS Appl. Mater. Interfaces 2023, 15 (25), 31049.
[9] Hock, F. J.; Pugsley, M. K. Drug Discovery and Evaluation: Safety and Pharmacokinetic Assays, 3rd ed.; Springer International Publishing: Cham, Switzerland, 2023.
[10] Smalley, E. Nat. Biotechnol. 2017, 35 (7), 604.
[11] Schneider, P.; Walters, W. P.; Plowright, A. T.; Sieroka, N.; Listgarten, J.; Goodnow Jr, R. A.; Fisher, J.; Jansen, J. M.; Duca, J. S.; Rush, T. S. Nat. Rev. Drug Discov. 2020, 19 (5), 353.
[12] Smith, G. F. Methods Mol. Biol. 2022, 2390, 483.
[13] Lin, Y.; Zhang, Z.; Mahjour, B.; Wang, D.; Zhang, R.; Shim, E.; McGrath, A.; Shen, Y.; Brugger, N.; Turnbull, R.; et al. Nat. Commun. 2021, 12, 7327.
[14] Chan, H. S.; Shan, H.; Dahoun, T.; Vogel, H.; Yuan, S. Trends Pharmacol. Sci. 2019, 40 (8), 592.
[15] Asha, P.; Natrayan, L.; Geetha, B.; Beulah, J. R.; Sumathy, R.; Varalakshmi, G.; Neelakandan, S. Environ. Res. 2022, 205, 112574.
[16] 费彦肖, 吴俊星. 智能城市, 2020, 6 (7), 152.
[17] Kamkar, M.; Leonard, K. C.; Ferrer, I.; Loo, S. C. J.; Biddinger, E. J.; Brady, D.; Carrier, D. J.; Gathergood, N.; Han, H.; Hermans, I. ACS Sustain. Chem. Eng. 2024, 12, 2924.
[18] Hao, K. MIT Technol. Rev. 2019, 123 (1), 1.
[19] Alasadi, E. A.; Baiz, C. R. J. Chem. Educ. 2023, 100 (8), 2965.
[20] Holotescu, C.; Grosseck, G. Brain-Broad Res. Artl. 2018, 9, 99.
[21] AI助教走进有机化学课堂，会发生什么奇妙反应？[2024-05-28]. https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1Nzg2NzcyNw==&mid=2247495318&idx=1&sn=797a3b7c04c0bd157b60de03d439b5e9&chksm=eb8e0b2619e8952faf4cae89b72389eeafd7473f86f1fdc387eda5d613e2cdb3bcc0d8a91b22&scene=27.
[22] Volk, A. A.; Epps, R. W.; Abolhasani, M. Adv. Mater. 2021, 33 (4), 2004495.
[23] Mehr, S. H. M.; Craven, M.; Leonov, A. I.; Keenan, G.; Cronin, L. Science 2020, 370 (6512), 101.
[24] Burger, B.; Maffettone, P. M.; Gusev, V. V.; Aitchison, C. M.; Bai, Y.; Wang, X.; Li, X.; Alston, B. M.; Li, B.; Clowes, R. A. Nature 2020, 583 (7815), 237.

AI辅助开启化学的新篇章——人工智能在化学领域的应用与发展综述

AI-Assisted New Era in Chemistry: A Review of the Application and Development of Artificial Intelligence in Chemistry

PDF

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

Metrics

推荐阅读 0

[1]	陶呈安, 黄坚, 李玉姣. 大学化学实验教学人工智能的应用探讨[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 5 -10 .
[2]	秦磊, 郭凯. 生成式人工智能在酸碱中和滴定图像模拟中的应用[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 11 -18 .
[3]	龙双双, 刘婧靖, 王晓娟. 生成式AI在分析化学教学中的应用探索[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 25 -33 .
[4]	翟林峰, 王华林, 刘玉, 秦广龙. 聚合硫酸铁的制备及性能测定实验融合课程思政的探索与实践[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 354 -360 .
[5]	朱伟钢, 王建凤, 齐强, 李婧, 张志成, 于曦. 面向智能时代的化学信息学与人工智能化学理论课程建设[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 34 -42 .
[6]	李玲, 翁玥, 向祖慧, 郭枫晚. AI赋能通识教育课程的教学改革初探——以“化学与人类文明”课程为例[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 43 -52 .
[7]	朱杰, 焦飞, 孙雅静. 云计算平台融入化学专业特色课程的设计与探索[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 53 -60 .
[8]	陈冰冰, 王旭珍, 石川, 田福平. 数字赋能：重塑物理化学课程思政新生态[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 61 -68 .
[9]	周佳. 高通量计算与机器学习相结合的综合计算化学实验设计与实践[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 69 -75 .
[10]	李玲. AI赋能的化学史教学改革初探[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 76 -86 .
[11]	吴淋琳, 周永华, 李中北, 邓留, 刘又年, 陈立妙, 黄健涵. 教育数字化赋能应用化学综合实验——以氯化氢催化氧化及反应动力学综合实验为例[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 273 -278 .
[12]	张茜苑, 董锐, 杨洋, 丁佳鹏, 苗志伟. 钯催化4-乙烯基苯并噁嗪酮和茚-2-甲醛串联环化反应——介绍一个有机化学综合实验[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 361 -367 .
[13]	周叶红, 王丽, 双少敏. 国际化教育背景下化学专业研究生课程全英文教学的实践与挑战[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 368 -374 .
[14]	蒋俊, 兰泉, 郑媛, 查正根. 基于“翻转课堂+慕课”教学模式下有机化学实验英文课程的教学探索与实践[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 279 -286 .
[15]	马雯雯, 刘丽艳, 殷成阳, 张红丹, 孔莲, 魏娜, 于湛, 赵震. 基于BOPPPS模型的化学专业英语线上线下混合式教学模式的探索[J]. 大学化学, 2025, 40(9): 287 -294 .