文｜《中国科学报》记者刁雯蕙
2021年12月，在英国剑桥大学化学系的实验室里，李怀光和导师Alexander C. Forse弯着腰，目不转睛地盯着一个饭盒，他们保持这个状态已经有好一会儿了。
10分钟、15分钟、20分钟……短短25分钟之后，饭盒里的二氧化碳传感器示数快速下降到0！吸附率达到100%！
“Huaiguang, we made it！”Forse激动地喊道。他们怎么也没想到，由于没找到合适的容器，他们把最新研究成果放在导师友情贡献的保鲜盒中进行测试，竟然一次就成功了！
经过近两年的对比、验证，这一成果终于在近日发表在《自然》杂志上。他们提出了一种全新“带电吸附剂”材料，并验证了这种吸附材料合成路径，开辟了碳捕集、利用技术的新领域。
这是李怀光首次在正刊上发表研究成果，也是他结束海外留学生涯的“收官之作”。在看到论文被接收的邮件时，李怀光已经加入香港中文大学（深圳）理工学院，成为一名助理教授。“高兴之余，更多的是感慨。”李怀光分享道。如今，他在国内的研究小组刚刚成立，接下来，他们要做的事情还有很多。
李怀光与香港中文大学（深圳）的研究小组
?
碳净零排放的新方法
随着全球气温升高，气候变化对人类社会造成了巨大的影响。减少温室气体的排放已经成为国际社会的共识。要实现温室气体净零排放、减少气候变化带来的影响，不仅需要控制温室气体的增量，还需要通过技术手段来清除大气中已经存在的温室气体。
直接空气捕获技术是一种能够利用固体或液体从大气中捕获二氧化碳的技术，对于实现净零排放具有重要意义。
然而，当前该技术存在一定的局限性。一方面，二氧化碳捕集技术成本较高，有数据显示，捕获每吨二氧化碳需要耗费约600美元左右；另外，用于捕获二氧化碳的吸附剂在吸附效率和稳定性等方面仍然存在问题。
在这一背景下，2021年，还在剑桥大学的李怀光与导师Alexander C. Forse开启了用于捕获二氧化碳的高性能材料的研发工作。
“当前空气中捕获二氧化碳主要采用碱液等，它们具有吸附容量大、效率高、速度快等特点，但要在接近900摄氏度的高温条件下才能进行二氧化碳脱附，这个过程能耗极大，增加了碳捕集的成本。”李怀光说道。
对此，他们提出了一个创新方法，运用电化学技术分离带电离子作为吸附位点，开发了一类新型吸附材料，命名为“带电吸附剂”，由于带电吸附剂独特的结构与可定制的特点，在环境治理、工业催化等领域有着广阔的应用前景。
新型带电吸附剂实物图展示
?
连续11天测试，碳吸附性能保持100%
那么，这个神奇的吸附剂到底从何而来？
带电吸附剂的制备利用了电化学储能装置的充电原理。“在充电过程中，电解质离子会积聚在导电多孔碳电极的孔隙中。完成充电后，我们将该电极从电池中取出，先经过洗涤，去除残留的电解质和溶剂，然后干燥，就能得到带电吸附材料。”李怀光介绍。
经过测试验证，他们发现与其他材料相比，利用这种方法得到的带电吸附剂可以在25分钟内将空气中的二氧化碳浓度从430ppm降到0，显示出了优异的吸附性能。其吸附速率是传统吸附剂的数倍。
“另外，我们在测试中发现，对带电吸附剂进行连续11天的测试后，吸附性能保持100%；14个月后性能也仅下降8%。”李怀光说，这说明，带电吸附剂具有相当高的稳定性。
从2021年提出研究猜想，到制备材料、完成验证，再到投稿、发表，李怀光表示，研究团队在这项工作中进展得格外顺利。“我想，这是因为我们每一步都按照研究计划稳步推进的缘故。”李怀光介绍。
在最初回国的一段时间里，李怀光为了做好研究后续的验证工作，常常要把在深圳制备的材料寄到英国，在那里开展数据对比和分析等方面的工作。“事实证明，我们制备的新型吸附材料具备极高的稳定性，并没有因为运输过程中的湿度、温度及其他污染源因素影响吸附性能。”李怀光介绍。
此外，他们将研究成果放在发电厂排放的尾气中进行测试，可实现二氧化碳100%吸收。完善的制备工作和显著的测试成效，让这项研究在2023年3月投稿后，不到两个月的时间，便收到了审稿人的积极反馈，被审稿人评价为“多重创新”的一项研究。
学成回国，是首选
2012年10月1日，李怀光踏上了赴德国波鸿大学的博士求学之旅，之后再到慕尼黑工业大学、剑桥大学从事博士后研究工作，2022年，李怀光选择回国。整整十年的海外生活与学术探索，对他的科研工作产生了深刻的影响。
“不同的课题组，开展科研工作和解决问题的思路是不一样的，这个过程中，与不同领域的人探讨课题，常常会给我带来很多思考和启发。这也使得我在后续研究中更注重学科交叉合作。”李怀光回忆道。
李怀光在剑桥大学化学系开展实验工作
?
在欧洲生活的时光确实很难忘。但提到回国的原因，他却这么说，“在国外的学习和工作，是一个锻炼积累的过程。而当我们完成这一阶段后，首选还是回国。我希望能够在这片土地上，将自己所学运用到实际需要中，为国家的‘双碳’目标贡献自己微薄的力量。”
在香港中文大学（深圳），李怀光坦言：“我很喜欢现在的工作环境，如果不上课，那我可能就在实验室或办公室开展工作。当然，工作和生活还是要有所区分，即使再忙也要保持身心健康和愉悦。”
如今，他已经依托深圳市环境材料与再生能源重点实验室成立了自己的研究小组，围绕碳捕集和燃料电池领域开展研究，进一步探索这一新型吸附材料在重卡汽车、远洋货轮等移动碳排放源中的应用。“目前，碳捕集材料领域的研究队伍还不够壮大。我们希望通过这项研究，能够吸引更多的科学家加入，将科研成果真正运用到实际中，探索可持续发展的节能减排新路径，缓解气候变化给人类带来的影响。”他说。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07449-2
文中图片均为受访者提供
特别声明：本文转载仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性；如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用，须保留本网站注明的“来源”，并自负版权等法律责任；作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜，请与我们接洽。
