文 ｜ 记者《中国科学报》 刁雯蕙
2020年12月，李怀光和导师Alexander在英国剑桥大学化学系实验室。 C. Forse弯下腰，目不转睛地盯着一个饭盒，他们已经保持这种状态很久了。
十分钟，十五分钟，二十分钟...短短25分钟，饭盒里的二氧化碳传感器示数迅速下降到0！吸附率达到100%！
“Huaiguang, we made it！“Forse激动地喊道。他们从来没有想到，他们把最新的研究成果放在导师友好贡献的保鲜盒里进行测试，因为他们没有找到合适的容器，他们一次就成功了！
经过近两年的对比 、经验证，这一成果最近终于在《自然》杂志上发表了。他们提出了一种全新的“带电吸附剂”材料，并验证了吸附材料的合成路径，开辟了碳收集和技术利用的新领域。
这是李怀光第一次在官方期刊上发表研究成果，也是他结束留学生涯的“最后一部作品”。看到收到的电子邮件，李怀光加入了香港中文大学(深圳)理工学院，成为了一名助理教授。“开心的时候，更多的是感慨。”李怀光分享道。现在，他刚刚在中国成立了一个研究小组。接下来，他们还有很多事情要做。
香港中文大学(深圳)李怀光研究小组
新的碳净零排放方法
随着全球气温的升高，气候变化对人类社会产生了巨大的影响。减少温室气体排放已经成为国际社会的共识。为了实现温室气体的净零排放，减少气候变化的影响，不仅需要控制温室气体的增加，还需要通过技术手段去除大气中已经存在的温室气体。
空气捕获技术是一种利用固体或液体从大气中捕获二氧化碳的技术，对实现净零排放具有重要意义。
然而，目前这项技术有一定的局限性。一方面，二氧化碳采集技术成本高，数据显示，每吨捕获二氧化碳大约需要600美元；此外， 在吸附效率和稳定性方面，用于捕获二氧化碳的吸附剂仍存在问题。
2021年，李怀光和他的导师Alexander，还在剑桥大学。 C. Forse开始研究和开发用于捕捉二氧化碳的高性能材料。
“目前，碱液主要用于在空气中捕获二氧化碳。它们具有吸附容量大、效率高、速度快的特点，但二氧化碳脱附只能在接近900摄氏度的高温下进行。这个过程能耗极高，增加了碳捕集的成本。”李怀光说。
对此，他们提出了一种创新的方法，利用电化学技术将带电离子分离为吸附点，开发出一种新型吸附材料，命名为“带电吸附剂”。由于其独特的结构和可定制的特点，带电吸附剂在环境治理和工业催化方面具有广阔的应用前景。
新型带电吸附剂实物图展示
连续11天进行测试，碳吸附性能保持100%
所以，这种神奇的吸附剂究竟从何而来？
带电吸附剂的准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中。充电后，我们将电极从电池中取出，先清洗，去除残留的电解质和溶剂，然后干燥，然后得到带电吸附材料。”李怀光介绍。
经测试验证，他们发现，与其它材料相比，这种方法获得的带电吸附剂能在25分钟内将空气中的二氧化碳浓度从430ppm降至0，显示出优异的吸附性能。它的吸附速度是传统吸附剂的数倍。
他说：“此外，我们在测试过程中发现，在连续11天对带电吸附剂进行测试后，吸附性能保持100%。；在14个月后，性能也只下降了8%。”李怀光说，这表明带电吸附剂具有相当高的稳定性。
李怀光表示，从2021年提出研究猜想，到准备材料，完成验证，再到提交和出版，研究团队在这项工作中取得了长足的进步。“我认为这是因为我们每一步都在按照研究计划稳步推进。”李怀光介绍。
在回国的第一段时间里，为了做好后续的研究验证工作，李怀光经常把在深圳准备的材料送到英国，在那里进行数据比较和分析。“事实证明，我们制备的新型吸附材料稳定性极高，吸附性能不受运输过程中的湿度、温度等污染源因素的影响。”李怀光介绍。
此外，他们将研究成果放入发电厂排放的废气中进行测试，可以100%吸收二氧化碳。完善的准备工作和显著的测试结果使得这项研究在2023年3月提交后不到两个月就收到了审稿人的积极反馈，被审稿人评为“多重创新”。
学习回国，是首选
2012年10月1日，李怀光踏上了去德国波鸿大学攻读博士学位的旅程，然后去慕尼黑工业大学和剑桥大学攻读博士后研究工作。2022年，李怀光选择回国。十年的海外生活和学术探索对他的研究产生了深远的影响。
“不同的研究小组对科学研究和解决问题有不同的想法。在这个过程中，和不同领域的人讨论话题往往会给我带来很多思考和启发。这也让我在后续的研究中更加注重学科交叉合作。”李怀光回忆道。
剑桥大学化学系李怀光进行实验工作
在欧洲生活的时间真的很难忘。但说到回国的原因，他说:“在国外学习和工作是一个锻炼和积累的过程。当我们完成这个阶段时，我们的首选是回国。希望在这片土地上，把学到的东西运用到实际需要中，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:“我非常喜欢现在的工作环境。如果我不去上课，我可能会在实验室或办公室工作。当然，工作和生活应该有所区别。即使你很忙，你也应该保持健康和快乐。”
如今，他依托深圳市环境材料和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进行研究，进一步探索这种新型吸附材料在重型卡车、海洋货轮等移动碳排放源中的应用。当前，碳捕集材料领域的研究团队还不够强大。通过这项研究，我们希望吸引更多的科学家加入，真正将科学研究成果应用到实践中，探索节能减排的可持续发展新路径，减轻气候变化对人类的影响。”他说。
有关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-07449-2
本文所有图片均为受访者提供。
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