踢好负碳产业化的“临门一脚”

踢好负碳产业化的“临门一脚”

“再过两个月，我们就把这个‘集装箱’送到国家工程中心（先进储能材料国家工程研究中心），帮他们完成二氧化碳转化。”国家纳米科学中心研究员赵慎龙告诉《中国科学报》，“我们一边和化工企业、零碳园区合作进行成果转化，一边孵化一些科技公司，将二氧化碳利用起来，助力实现双碳目标。”

这种“集装箱”是赵慎龙团队研发的一种负碳（二氧化碳循环、消纳）装置。1台功率10千瓦的负碳装置约1立方米大小，每年可以消纳20吨二氧化碳。从萌生想法到电极材料开发及阐明机理、实验验证，再到小试、中试放大，直到形成这台负碳装置，赵慎龙花了近10年时间。有趣的是，这个从基础研究到转化落地的探索历程，竟始于一次学生食堂里的几句闲聊……

赵慎龙（右）展示电极材料。　　受访者供图

碗筷叮当间诞生一个新方向

2012年初，还是硕士研究生的时候，赵慎龙一天在食堂吃饭，碰到生物学系一位研究“药物运载”的师兄。那时候赵慎龙正在做石墨烯相关研究，和师兄的研究方向“八竿子打不着”。

边吃边聊中，师兄随口说了一句：MOFs（金属有机框架化合物）的比表面积大得惊人——1克MOFs展开后，表面积能达到3000平方米，相当于1.3个巴塞罗那诺坎普足球场（欧足联五星级球场）。

赵慎龙愣了一下：“这么大的比表面积，用到催化上不得了啊？”

饭后，赵慎龙去查阅相关文献，发现还没人将MOFs和电催化联系起来，这让他非常兴奋。

“没人触碰的东西，我特别感兴趣。”赵慎龙说，“比表面积大意味着接触面、反应面更大，有利于催化反应。但MOFs既不是传统的铂、镍等贵金属催化剂（纯无机物），也不是有机小分子催化剂，它是有机-无机杂化材料，有特殊的结构，既有有利于催化的一面，也存在不利的因素。”

此后5年，他把精力全“砸”在把MOFs功能化上：用纳米技术去改善它的缺点，让这个原本“优势明显，缺点也突出”的有机-无机杂化材料，真正成为催化剂的理想载体。

2016年，博士在读的赵慎龙在《自然-能源》发表论文，提出超薄金属有机框架化合物纳米片用于电催化析氧反应，并通过调控双金属比例，实现高效析氧催化性能。

这是国际上最早将MOFs应用于催化的工作之一，在催化领域引起广泛关注。该论文目前被引超过3000次，让赵慎龙2021年至2025年连续被评为“科睿唯安全球高被引学者”。但发表之初，质疑之声也接踵而至：比贵金属便宜那么多，凭什么效果这样好？

“现在回头看，我要感谢那些质疑。”赵慎龙说，“它推着我去回答一个更根本的问题：MOFs究竟为什么好？”

2017年，赵慎龙赴新南威尔士大学进行博士后研究。期间，他一刻未停地拆解MOFs电催化机理。2019年，他到澳大利亚悉尼大学独立开展研究，研究范围虽然涉及光催化、电催化、电池、微生物等领域，但他始终没有放弃追问“MOFs究竟为什么好”。

十几年持续深耕MOFs领域，也让他收获颇丰。2020年，赵慎龙在《自然》发表第二篇关于MOFs的论文。这篇被引用超过1000次的文章完美回答了MOFs为什么能很好用于催化的问题。2025年，赵慎龙在《自然-化学工程》发表第三篇关于MOFs应用的论文，阐述了该团队在MOFs电极规模化制备及电解水应用方面取得的突破。

“我们的风格就是深挖。”赵慎龙说，“从MOFs可用于催化、到催化机理、解决应用难题，我们基本上5年解决一个问题。一口一口把它‘啃’了下来。”

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