黄强:将二氧化碳变废为宝

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  10月21日,重庆邮电大学光电工程学院实验室。
  一台长约1.5米的仪器正在运转。仪器的一头连接着几根管道,源源不断的二氧化碳正通过管道被导入其中,仪器的另一头则连接着类似箱子的气体收集装置。
  反应,在瞬间发生。
  “通过这台仪器,二氧化碳能被转化为高附加值的化学品和碳氢燃料。”“重庆英才·青年拔尖人才”、重庆邮电大学光电工程学院副研究员黄强对此颇为自豪,“目前,我们研发的具有自主知识产权的反应装置,实现了近60%的能量转化效率,在同类研究中處于领先水平。”
  缘起·从0到1的艰辛跋涉
  和其他老师相比,黄强的办公桌显得过于简洁——仅一台笔记本电脑孤零零地放在那里。
  “我一般都在实验室做实验或者到教学楼上课,过着‘两点一线’的生活。”黄强说,“忙到晚上10点回家是常有的事,如遇到未能解决的问题,即便回到家里,我也会继续工作到凌晨。”
  这对别人来说是略显枯燥的生活,黄强却习以为常。这种探索精神,是他本科期间在中国科学技术大学浓厚学术氛围的熏陶下逐步养成。每当提及自己正在开展的研究,他的眼里总能绽放出异样的光彩。
  二氧化碳的资源化利用一直是研究热点,但多数研究都停留在理论阶段。
  “二氧化碳是一种结构相对稳定的气体,要让它发生反应并不是一件简单的事。”黄强说。他在香港中文大学读博时,主要研究通过光催化技术分解水制氢气,后来到中国工程物理研究院工作后,则聚焦以等离子体的方式实现二氧化碳的高效转化利用。
  对于黄强而言,等离子体技术的应用是一个新领域。但凭借着扎实的物理学基础,他很快适应了这个转变。
  2013年底,中国工程物理研究院准备在四川省成都市双流区建设新的基地。
  身为第一批到双流的科研人员,黄强深感责任重大:“那时候基地的地基都还没有打好,但科研不等人,我们自己租了间房子,在里面埋头设计。”
  从0到1的转变,是一次异常艰辛的跋涉。进行实验的设备没有现成的商业化装置可以购买,从绘图设计,到材料、配件、工具选择,再到设备组装,全靠研究团队自己探索。
  “虽然没仔细统计过,但不夸张地说,我们进行了上千次讨论。”黄强称,“比如我们和设备生产商沟通时,具体到部件里的线圈怎么绕,都是讨论的关键。”
  2015年,基地建成,设备也正式成型。随着科研人员郑重地按下机器上的启动键,二氧化碳被导入其中。霎时间,机器内部散发出一道柔和的光芒。
  “那就是我们想要的。”黄强内心一阵激动,“因为不同的光代表着不同的结果。”人群沸腾起来,有人竖起大拇指高声喊道:“Good job!”
  深耕·要把科研做到极致
  坐在黄强的办公桌前抬眼望去,窗外是一棵硕大的黄葛树。即使在有些萧瑟的秋天,这棵黄葛树依然枝繁叶茂、生机盎然。
  “我很喜欢这棵树,更想像它那般笃定,在重庆邮电大学这片热土上收获更多果实。”黄强称。
  从中国工程物理研究院到重庆邮电大学,黄强虽有不舍,但更多的是心安。
  2014年,黄强的女儿出生了。为了不错过孩子的成长,每逢周末等节假日,他都会尽可能从成都赶回位于重庆的家中。
  几年下来,薄薄的车票垒起来足有小板凳那般高。
  正是这份牵挂,让黄强回到家乡发展的念头渐浓。2018年,一则重庆邮电大学引进高层次人才的招聘信息引起了他的注意。
  招聘信息中,字里行间透露着重庆邮电大学对于人才的渴望——不仅提供充足的科研启动经费,还提供丰厚的人才补贴、安家补助等。
  如此强大的政策力度,黄强自然十分心动:“近年来,重庆对人才的引进力度和重视程度正在逐步加码,我觉得是时候回来了。”于是这一年,32岁的他来到重庆邮电大学工作。
  “在学校工作更加自由,可以选择自己感兴趣的领域持续深挖。”黄强干劲十足,“虽然我们的二氧化碳转化率已经处于领先水平,但还有提升空间,科研就是要做到极致。”
  “科研要做到极致”是黄强读博时,导师肖旭东告诉他的。
  肖旭东常说:“要把科研做到极致,不要担心对设备的耗损。”老一辈科研工作者的执着潜移默化地影响着黄强。“我从不觉得做实验辛苦。”黄强说。
  与此同时,重庆邮电大学也诚意十足:一方面提供场地支持,特意给了100多平方米的教室当作实验室;另一方面鼓励成果转化,奖酬比例逐年提高。
  “我们和多家企业沟通后发现,他们排放的气体成分是不一样的,而且是呈动态变化的。目前我们正在探索人工智能在该领域的发展应用。”黄强说,“反应系统通过多模态深度学习,能针对不同的气体成分给出不同的转化方案。”
  创新·逐渐实现的奇思妙想
  “中等身材、戴着眼镜,笑起来让人倍感亲切。”这是学生梁志宇对黄强的第一印象。
  2020年,梁志宇成为黄强在重庆邮电大学招收的第二届硕士研究生。
  “自己虽然有一些相关的物理学基础,但还不够深厚。”梁志宇很担心,他也未曾想到黄强会让自己参与完成一个重要的课题。
  今年全国两会,碳达峰、碳中和首次被写入政府工作报告,这意味着“双碳”目标上升为国家战略。
  “能否将等离子体催化和光催化两种方式协同起来,提升转化效率?”早在中国工程物理研究院工作时,黄强就有这种想法。来到重庆邮电大学后,他决定把实验开展起来,并指导梁志宇一起完成。
  但奇怪的是,二氧化碳的转化率不升反降。
  黄强也不恼,于他而言,上千次的失败都是正常的,能在这上千次实验中有一次成功,那就是最大的惊喜,况且这种情况在他的预料之中。他说:“光催化剂有很多种,不合适的光催化剂反而会促使目标产物发生逆反应,重新生成二氧化碳。”
  寻找合适的材料是一个漫长而复杂的过程。
  在此期间,在黄强的指导下,梁志宇阅读了大量的文献资料。他们一边讨论,一边进行实验,就这样周而复始地忙碌着,用了3个月的时间找到合适的材料——全无机无铅卤化物钙钛矿。
  有了这一材料,在同一计算体系下,能量转化效率提高了10%左右。
  过段时间,在黄强的推荐下,梁志宇即将去到中国工程物理研究院进行社会实践,使用那台由黄强亲手设计、搭建的设备。
  “那台设备的性能还是高一些,到时候哪怕能量转化效率在已有的基础上提高2%,也是件振奋人心的事了。”黄强说。
  参与项目,让梁志宇收获颇丰,不仅自己的论文基本成形,专利申请也在逐渐推进。
  每次看到自己的学生有所成就,黄强很是欣慰。他说学生选择自己成为导师是出于信任,是对这个方向感兴趣,自己必须尽职尽责。
  窗外的黄葛树历经岁月的冲刷,变得郁郁葱葱、绿树成荫。
  如今,无论是教学之路,还是科研之路,黄强都走得更稳更好:他的第一届研究生,找到一份不错的科研工作;“冷等离子体催化—光催化协同作用分解二氧化碳机制研究”凭借其突出的创新性,获得了国家自然科学基金的资助。
  黄强说自己很喜欢自然科学,“因为无论何时,思想都是自由的。我还有很多想法,接下来将去努力一一实现”。
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