物理化學在工業界的現狀和未來是什麼？

01-05

提這個問題，是有感於時下流行的勸退化學論調。想請行業內的專業人士來談一談，物理化學在工業界的現狀和未來。
這裡不討論純學術科研的未來方向，因為學術界本來就是一個非常小眾、留存率很低的圈子，而大量的機會都在工業界。引用分子美食家@孫亞飛私下交流的一句話，「未來咱們都未知，但是過去和現在都是已知的」——從工業界的視角看，物理化學現在的地位和功能是什麼，未來又在哪些產業和技術上有前景？工業界現在和未來能為物理化學背景的畢業生提供哪些對口的職業機會？
影子問題：
有機化學在工業界的現狀和未來是什麼？
無機化學在工業界的現狀和未來是什麼？

生物化學在工業界的現狀和未來是什麼？
分析化學在工業界的現狀和未來是什麼？
材料科學在工業界的現狀和未來是什麼？

實際上物理化學作為一門學術是極其偉大的。物理化學有相當一部分（大概三分之一）和統計力學是一體的（區別很小，好比西班牙語與加泰隆尼亞語，或者柏林口音的德語和蘇黎世口音的德語的區別）。這一部分東西的外延非常廣闊，對許多現代學科，包括資訊理論，通信理論，機器學習都產生了極其巨大和深遠的影響。我後面可能會寫兩篇文章，一個是從統計力學到資訊理論看熵定義的流變；一個是Ising模型：從物理到計算機。物理化學其他三分之二討論的一些話題，比如電化學，催化，反應動力理論，光化學也對現代化學，化工和許多工業技術產生了非常大的影響。比如一個很簡單的案例，合成氨。這個技術對人類歷史的影響不亞於計算機的發明和互聯網的誕生。

不過一般本科教學似乎不會過分cover我認為最有意思的一些topics。比如熵的非常細節的推導和定義，Ising模型等等。有興趣的朋友可以參考汪志誠教授的熱力學與統計力學，或者任何一本高等物理化學著作，教材。

當然整個大化學化工行業目前並不強勢。但是這並不代表物理化學作為一門非常偉大的學科在工業界沒有地位。因為如果程序員是人類歷史上第一批徹底掌握生產資料的工人階級的話，化學化工行業還差得很遠。不過從整體的角度來看，許多問題，比如鋰電池開發，汽車尾氣催化劑，石油化工催化劑都是吸引了大筆資金的前沿領域。研究這些問題自然需要精通物理化學理論的科學家和工程師。寶馬賓士開發催化劑調動的都是數十億歐元的資金。華為中興等一些通訊企業也投入了很多錢開發電池系統。包括比亞迪這些企業都是需要做基於物理化學的實踐的。那麼自然需要精通物理化學理論的人。

而且其實很多人非常奇怪我為什麼可以以，非常快的速度掌握許多機器學習和數據挖掘的演算法。我本人其實本科的時代沒有接觸太多的計算機科學。從某種意義上來說統計力學，物理化學的整體思考思路對你掌握其他很多東西是有非常大的提升的。實際上很多東西，本質上都是相通的。或者換句話說，和微積分，四大力學，演算法設計一樣，這是一門學習了可以提高智商的科學。我個人認為相比無機有機分析，物理化學是最最最值得學習尤其是深入學習的一門學科。

我個人的體會，物理化學讓人知道什麼是可能能做出來的，什麼是做不出來的，就是熱力學和動力學的關係。

首先是相律，一個系統有幾個自由度的問題雖然看起來簡單，但是實際上即使是化工行業里也有很多人搞不清楚。能理解清楚流程裡面每個地方有幾個能控制的自由度對理解流程，設計流程很重要。

其次是其他的熱力學部分，學清楚之後就會讓人面對一個化學反應/一個流程/一個其他的新事物有一個基本的判斷。只有熱力學上對的東西才可能做出來，如果看不出來，很多熱力學上不對的東西就可以拿來忽悠人騙錢。

動力學主要是催化相關的，這個方面學術很活躍，化學領域的大型儀器基本都在這個領域有所應用，工業上更是應用廣泛，絕大多數的工業過程都需要催化劑，在細分領域裡掌握催化劑的設計很容易悶聲發大財。

電化學方向物理化學是目前化學類就業工資最高的方向之一。碩士平均入職過萬且勞動強度與程序員相當。

物理化學可以說是化學工程中的重中之重，以至於化工本科生學完物化還得再學化工熱力學，反應工程（我大部分動力學是通過這個學的），有時候多相催化與吸附也是很重要（港科大msc的主專業課，天大的A類專業選修）。物化這個專業太大，但是不管在學術界還是工業界，物化可以說是四大化學裡最威武的，也是我唯一不想去勸退的。

現在來看，電池和膜簡直要橫掃業界了，催化也是有一定發展的（搞出個靠譜的動力學數據加進paper，二區變一區，美滋滋）。前幾天我去聯繫港科的Ford項目（就是有資金支持抵學分的實驗室項目），我的媽呀，這麼多電池的。。。

真的想在化工搞出名堂，物化是一定要穩的，甚至我建議除非對另外三個有強烈興趣，化工/化學的phd首選物化相關（電池，膜科學，工業催化，氣溶膠等等），這也是以前phd的學長/學姐的經驗。

物化這個筐太大

計算化學也算物化，膠體化學也算物化，電化學也算物化。就這三個科技樹就差太多了。

而且，甚至都是膠化，不同組的就業差異可能超過你的想想。

按剃頭哥定義，物化屬於典型的真科學，不屬於偽化

寫前端

拋磚引玉

現在專業分工越來越細，離開自己的方向只能大概談一談。

物理化學有幾大分支，熱力學，動力學，電化學，光化學，催化，表面和膠體。在中國，結構化學和理論化學也基本歸於物理化學的範疇。

從工業界來說，大家都能感覺到，電池技術是制約當前很多設備便攜化的最大瓶頸，我國也在出台各種措施大力推進電動汽車和各種新能源汽車。目前各種電池技術更新換代的趨勢日新月異，一個企業如果研發能力弱會很快被淘汰，所以今後工廠中工人會越來越少，但是研究人員會越來越多，所以從事電化學方向的同學的路子會越來越寬廣，並且能夠走向世界。

短短十幾年，手機屏幕經歷了各種更新換代，現在最火的就是三星的OLED屏幕，而OLED屏幕的設計和生產則依賴於電致發光技術。記得十幾年前，我讀論文的時候OLED還在實驗室里被討論各種缺點，現在已經走入尋常百姓家了。電致發光技術毫無疑問與光化學和光譜學聯繫緊密，所以光化學方向的同學去從事新型屏幕材料的設計和研發工作很有優勢。反過來，光致發電技術則和太陽能電池產業緊密相連。

知乎上提的問題中有很多涉及到我國航空發動機的問題，航空發動機的問題的解決一方面依賴於材料性能的提高，另一方面對發動機燃料具體燃燒過程的分析也是很重要的，國家重大科技項目指南中對這一塊有詳細說明，這個問題的解決依賴於熱力學和動力學的工作。

從我本人的經歷來看，在新葯設計這一方面，靶點藥物的分子設計最近幾年取得了不少成功，理論上有活性的藥物在實驗上表現也很不錯，自己身邊的很多同學也去了藥物企業，中國美國都有不少，所以理論化學的同學在這一塊就業前景還算可以。

金屬有機電催化材料OER ,ORR 物化性能研究，其未來發展不可限量，正如生物是21世紀最有前途的學科一樣。電池毒性也大啊，做化學的沒有不接觸實驗的，轉吧！

物理化學這個坑實在太大了，包括動力學，熱力學，統計力學，膠體與界面科學，電化學，結構化學等等。而像熱力學這樣的基礎學科又可以延伸出催化等化工重點方向，可以說物理化學是整個化學化工界的根基。

不具體論學科談就業是沒有意義的。就我所知電化學方向就業更容易，工資更高，包括如今炙手可熱的鋰離子電池，燃料電池等新能源行業，碩士起薪可以接近10K，當然也要看公司和方向。

至於做傳統催化行業如石油化工等，就業環境越來越差，作為化工top3學校本科畢業3.4K已經算好的了。

而像結構化學量子力學也可以歸為物理化學，一般這個方向的研究生，特別是博士，都不會去工業界，大多是繼續博後或者轉CS，也算是物化里比較坑的一個專業，行話：勸退一人勝發十篇nature.

因為博士想去日本的關係，翻了一下7所帝大以及東工的網站，然後

東大有個學院是engineering，下屬的有個叫applied physics。基本是量子，光子學，固體物理，柔性材料？還有些不記得了。

京大貌似是量子方面，還有別的沒注意。因為我自己專業是歸在electronics。

名古屋也有。北海道也有。東工也有。東北也有，坂大應用物理有很多研究組。

化學不是很清楚，九州大學裡面有個applied chemistry，也是歸在工程方面的。

所以，物理化學在工業方面的應用應該是極其廣泛的，畢竟算是基礎學科？

或者說只是我們不知道而已。

物理化學，是化學最值得研究的一個領域！甚至最終對現有的工業體系顛覆！

做催化很賺錢