10年海外經歷，他回國發第一篇頂刊

文｜《中國科學報》記者刁雯蕙

2021年12月，在英國劍橋大學化學系的實驗室里，李懷光和導師Alexander C. Forse彎著腰，目不轉睛地盯著一個飯盒，他們保持這個狀態已經有好一會兒了。

10分鐘、15分鐘、20分鐘……短短25分鐘之后，飯盒里的二氧化碳傳感器示數快速下降到0！吸附率達到100%！

“Huaiguang, we made it！”Forse激動地喊道。他們怎么也沒想到，由于沒找到合適的容器，他們把最新研究成果放在導師友情貢獻的保鮮盒中進行測試，竟然一次就成功了！

經過近兩年的對比、驗證，這一成果終于在近日發表在《自然》雜志上。他們提出了一種全新“帶電吸附劑”材料，并驗證了這種吸附材料合成路徑，開辟了碳捕集、利用技術的新領域。

這是李懷光首次在正刊上發表研究成果，也是他結束海外留學生涯的“收官之作”。在看到論文被接收的郵件時，李懷光已經加入香港中文大學（深圳）理工學院，成為一名助理教授。“高興之余，更多的是感慨。”李懷光分享道。如今，他在國內的研究小組剛剛成立，接下來，他們要做的事情還有很多。

李懷光與香港中文大學（深圳）的研究小組

碳凈零排放的新方法

隨著全球氣溫升高，氣候變化對人類社會造成了巨大的影響。減少溫室氣體的排放已經成為國際社會的共識。要實現溫室氣體凈零排放、減少氣候變化帶來的影響，不僅需要控制溫室氣體的增量，還需要通過技術手段來清除大氣中已經存在的溫室氣體。

直接空氣捕獲技術是一種能夠利用固體或液體從大氣中捕獲二氧化碳的技術，對于實現凈零排放具有重要意義。

然而，當前該技術存在一定的局限性。一方面，二氧化碳捕集技術成本較高，有數據顯示，捕獲每噸二氧化碳需要耗費約600美元左右；另外，用于捕獲二氧化碳的吸附劑在吸附效率和穩定性等方面仍然存在問題。

在這一背景下，2021年，還在劍橋大學的李懷光與導師Alexander C. Forse開啟了用于捕獲二氧化碳的高性能材料的研發工作。

“當前空氣中捕獲二氧化碳主要采用堿液等，它們具有吸附容量大、效率高、速度快等特點，但要在接近900攝氏度的高溫條件下才能進行二氧化碳脫附，這個過程能耗極大，增加了碳捕集的成本。”李懷光說道。

對此，他們提出了一個創新方法，運用電化學技術分離帶電離子作為吸附位點，開發了一類新型吸附材料，命名為“帶電吸附劑”，由于帶電吸附劑獨特的結構與可定制的特點，在環境治理、工業催化等領域有著廣闊的應用前景。

新型帶電吸附劑實物圖展示

連續11天測試，碳吸附性能保持100%

那么，這個神奇的吸附劑到底從何而來？

帶電吸附劑的制備利用了電化學儲能裝置的充電原理。“在充電過程中，電解質離子會積聚在導電多孔碳電極的孔隙中。完成充電后，我們將該電極從電池中取出，先經過洗滌，去除殘留的電解質和溶劑，然后干燥，就能得到帶電吸附材料。”李懷光介紹。

經過測試驗證，他們發現與其他材料相比，利用這種方法得到的帶電吸附劑可以在25分鐘內將空氣中的二氧化碳濃度從430ppm降到0，顯示出了優異的吸附性能。其吸附速率是傳統吸附劑的數倍。

“另外，我們在測試中發現，對帶電吸附劑進行連續11天的測試后，吸附性能保持100%；14個月后性能也僅下降8%。”李懷光說，這說明，帶電吸附劑具有相當高的穩定性。

從2021年提出研究猜想，到制備材料、完成驗證，再到投稿、發表，李懷光表示，研究團隊在這項工作中進展得格外順利。“我想，這是因為我們每一步都按照研究計劃穩步推進的緣故。”李懷光介紹。

在最初回國的一段時間里，李懷光為了做好研究后續的驗證工作，常常要把在深圳制備的材料寄到英國，在那里開展數據對比和分析等方面的工作。“事實證明，我們制備的新型吸附材料具備極高的穩定性，并沒有因為運輸過程中的濕度、溫度及其他污染源因素影響吸附性能。”李懷光介紹。

此外，他們將研究成果放在發電廠排放的尾氣中進行測試，可實現二氧化碳100%吸收。完善的制備工作和顯著的測試成效，讓這項研究在2023年3月投稿后，不到兩個月的時間，便收到了審稿人的積極反饋，被審稿人評價為“多重創新”的一項研究。

學成回國，是首選

2012年10月1日，李懷光踏上了赴德國波鴻大學的博士求學之旅，之后再到慕尼黑工業大學、劍橋大學從事博士后研究工作，2022年，李懷光選擇回國。整整十年的海外生活與學術探索，對他的科研工作產生了深刻的影響。

“不同的課題組，開展科研工作和解決問題的思路是不一樣的，這個過程中，與不同領域的人探討課題，常常會給我帶來很多思考和啟發。這也使得我在后續研究中更注重學科交叉合作。”李懷光回憶道。

李懷光在劍橋大學化學系開展實驗工作

在歐洲生活的時光確實很難忘。但提到回國的原因，他卻這么說，“在國外的學習和工作，是一個鍛煉積累的過程。而當我們完成這一階段后，首選還是回國。我希望能夠在這片土地上，將自己所學運用到實際需要中，為國家的‘雙碳’目標貢獻自己微薄的力量。”

在香港中文大學（深圳），李懷光坦言：“我很喜歡現在的工作環境，如果不上課，那我可能就在實驗室或辦公室開展工作。當然，工作和生活還是要有所區分，即使再忙也要保持身心健康和愉悅。”

如今，他已經依托深圳市環境材料與再生能源重點實驗室成立了自己的研究小組，圍繞碳捕集和燃料電池領域開展研究，進一步探索這一新型吸附材料在重卡汽車、遠洋貨輪等移動碳排放源中的應用。“目前，碳捕集材料領域的研究隊伍還不夠壯大。我們希望通過這項研究，能夠吸引更多的科學家加入，將科研成果真正運用到實際中，探索可持續發展的節能減排新路徑，緩解氣候變化給人類帶來的影響。”他說。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07449-2

文中圖片均為受訪者提供