文｜《中国科学报》记者孟凌霄
2024年11月6日早上6点半，陈宇轩像往常一样准时起床。
他习惯性地打开邮箱，一封来自导师的邮件跳入眼帘——“Congrats！（祝贺！）”。看着论文终于被接收的好消息，陈宇轩长舒一口气，心里悬着的石头落地了。
这篇论文于今年2月20日正式在Nature发表。研究报告了钙和镁的离子交换反应，能将富含钙镁的硅酸盐转变为碳捕捉材料，将需要几百年的固碳时间缩短至几周到几个月。一位工业界的审稿人评价：“该文提出的基于离子交换反应的碳吸收新途径，将会对从空气中吸收二氧化碳这一任务作出巨大贡献。”
值得一提的是，这项研究的作者仅有两位：“95后”陈宇轩和他的导师Matthew Kanan。
课题组合影（左一为陈宇轩）
在美国斯坦福大学读博5年，这是陈宇轩发表的第一项独立工作。读博期间，他没有回过一次中国。直到去年8月递交最后一版修改送审，9月毕业论文答辩，他才第一时间买了回国的机票，跨越大半个地球回到父母身边。
灵感来自“跨界”组会
这项研究直指人类最棘手的难题之一：如何高效捕捉大气中的二氧化碳。
问题的答案不唯一，但陈宇轩找到了一种极简洁的表达方式。
“如果我把方程式写下来，可能就是一个中学生都能看懂的置换反应。”陈宇轩笑道，简洁的方法背后，正是“跨界”组会带来的灵感。
在斯坦福大学化学系教授Matthew Kanan课题组，有一个特别的传统：课题组的主要方向是二氧化碳电还原和二氧化碳的热化学转化，但组内成员每隔一段时间，就需要自学其他领域的知识，并在组会上将所学内容分享给实验室。这种跨界学习的模式鼓励大家从其他学科中汲取灵感，开展跨学科的讨论。
2023年年初的一次组会上，一位博士后介绍了水泥的传统制造方法与电化学制造方法，详细讲解了通过石灰石和二氧化硅合成硅酸二钙和硅酸三钙的反应及其工艺流程。虽然这一议题与课题组的研究并无直接关系，但对于陈宇轩来说，这次报告却激发了新的思路。
听报告的过程中，陈宇轩突发奇想地问了自己一个问题：如果将水泥制造中的二氧化硅替换为硅酸镁，钙和镁进行离子交换反应，那么得到的硅酸钙和氧化镁都能更快地从空气中吸收二氧化碳，被困在硅酸盐网络中的镁就会被释放出来。
这不是陈宇轩第一次经历科研灵感闪现时刻。但此前的数度，他在查阅文献后，总会发现前人已经有过类似的研究。这一次则完全不同。当陈宇轩在文献库中搜索时，找不到任何相关资料，他心中的激动不言而喻。
当天下午，陈宇轩就冲进实验室搭建反应装置。实验数据显示，硅酸镁的初步转化效率高达60%～70%。第二天清晨，他便带着初步结果，迫不及待地敲开导师的办公室大门，兴奋地分享自己的新发现。
经过短短半年的集中实验，陈宇轩和导师成功验证了这一方法的可行性。与自然界中硅酸盐化学风化数百、上千年的时间相比，陈宇轩实验中的碳捕捉材料仅需几周到几个月。
在实验室环境下，这种新型碳捕捉材料在Kanan实验室每周便能批量生产20公斤。对于工业级别的生产，只需现有的生产水泥的反应器，便能实现大规模应用。此外，这种碳捕捉材料还是一种优质硅肥，为技术工业化增添了附加值。
陈宇轩期待尽快将这个技术推向工业界实现实际应用。
陈宇轩发表的Nature论文
一位好导师的科研哲学
在陈宇轩看来，一位好导师不仅是学生科研生涯的领路人，更会潜移默化地改变学生思考问题的方式。
他的博士生导师Matthew Kanan，被外界亲切地称为“淡定哥”，因他发论文“在精不在多”。Matthew在读博和做博后期间，在有机合成和电化学分解水两个截然不同的领域，发表了一篇Nature和一篇Science论文。在寻找教职时，他只凭借3篇一作论文，便敲开了斯坦福的大门。
这种“重质不重量”和“挑战新问题”的科研哲学，深刻影响着课题组的分工方式。
课题组内的研究方向高度分散。每个研究者都有自己专注的领域，且每个实验的设计和测试都由研究者独立完成。这使得他们的论文署名人数极少，通常仅有几位作者，而工作量也相对较大。
“Matthew一直希望我们课题组在二氧化碳矿化这个方向能做出真正改变世界的科研成果。”陈宇轩说。
在2023年前，陈宇轩就发现了一些有趣的反应能够提升硅酸镁吸收二氧化碳的性能，但基于这些反应设想的技术路径，面临着转化率低或者难以大规模生产利用的瓶颈。对此，导师总是耐心开导他：“你只是还没碰到那个最好的解法。”他鼓励陈宇轩保持实验的节奏，耐心等待。
利用岩石吸收二氧化碳对于陈宇轩和Kanan课题组来说都是一个全新的挑战。从2021年年初，陈宇轩开始在这一领域进行探索。项目开展期间，导师也用独特的方式鼓励陈宇轩。每次家庭郊游时，导师都会捡回各种各样的石头，因为这些石头恰是实验材料的来源。长时间以来，陈宇轩的实验桌上总是堆满了水晶、橄榄石和蛇纹石等“实验用品”。
“在宇轩来实验室前，我对石头一窍不通。但如果你现在给我一块石头，我不是吹牛，我能立马说出这块石头的名字。”在陈宇轩的博士论文答辩现场，导师笑着说。
博士毕业时，导师鼓励陈宇轩跳出自己的研究领域，尝试一些不同的方向。他建议陈宇轩将研究方向从无机化学和电化学转向材料科学，激发交叉学科的思维。如今，陈宇轩在斯坦福大学材料科学与工程系教授崔屹的课题组从事博士后研究，拓展自己的科研边界。
“如果有一天我也能成为教授，能够带学生，我希望做一个像Matthew一样的好老师。”陈宇轩说。
2024年6月课题组聚餐（左二为陈宇轩）
回到“幸福终点站”
2024年10月，陈宇轩登上了回国的航班。这是5年来他第一次回家。
回国后，他特意回到母校南京大学，拜访了他科研道路上的领路人——丁梦宁教授。陈宇轩回忆，自己本科时，丁老师刚回国。他的实验室的大门始终敞开，鼓励学生积极参加各类学术交流。“那时我就感受到了科研的魅力。”陈宇轩说道。
陈宇轩还特意打卡了家乡南通新开通的地铁2号线。2019年他离开时，南通还没有地铁，而如今，整座城市已经进入了“绿色出行”的时代，新能源车遍布街头。他所搭乘的南通地铁2号线，终点站正是名为“幸福”的站台。
终点站名为“幸福”
从碳中和研究到家乡的绿色出行，“可持续”的理念也贯穿陈宇轩的生活。他介绍，自己曾是一个典型的“夜猫子”，经常在实验室工作到凌晨两三点，第二天上午补个觉再继续工作，但这种高强度的熬夜模式反而导致了效率低下。
如今，陈宇轩养成了“老年人作息”：每天早上6点半准时起床，晚上10点半到11点间入睡，确保有足够的休息时间。虽然科研节奏紧张，但他依然保持隔天去健身房运动1小时的习惯。斯坦福大学所在地西靠太平洋，东临落基山脉，冲浪、滑雪都是流行运动。
他坚信，这种科研与生活的平衡，让他能够走得更远。
陈宇轩滑雪
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-024-08499-2
本文图片均为受访者提供
本文链接：http://www.gihot.com/news-8-2137-0.html95后南大校友发表重磅研究，作者仅2人！
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