卡维利探索奖支持莱斯主导的可持续碳材料研究

由莱斯大学Matteo Pauali领导的国际科学家团队 获得了 410 万美元的资助，用于优化碳纳米管 合成，这一过程可以通过提供更可持续的材料替代品来帮助推动绿色能源转型依赖重工业。该奖项由科维理基金会 (Kavli Foundation)和莱斯碳中心 (Rice's Carbon Hub)共同努力，前者颁发了 190 万美元的科维理可持续发展纳米科学探索奖，后者额外捐助了 220 万美元。

“能源转型主要是物质转型，”帕斯夸里说。“可再生能源和电气化的材料足迹比相应的化石技术大得多。我们需要打破目前的思维模式，即未来的能源系统可以用化学成为一门成熟科学之前开发的材料来构建。我们现在可以做到这一点，因为我们可以以前所未有的精度控制固体碳的结构和性能。”

碳纳米管(CNT)是由碳原子制成的中空圆柱形纳米级结构。它们的特性——优良的热和电载体;虽然重量轻且表面积大，但非常坚固——使其可用于电子、生物传感器、电池等。从理论上讲，它们构成了天然气等碳氢化合物的理想净零最终用途，并具有作为反应副产品的氢气的额外好处。然而，大规模碳纳米管合成仍然面临着挑战，帕斯夸里和他的团队希望他们的项目能够帮助解决这一挑战。

“我们正处于碳研究的关键时刻，阐明驱动碳纳米管合成的物理和化学过程非常重要，”帕斯夸里说。“目前，反应器是黑匣子，这阻碍了我们提高合成效率。我们需要开发新工具来阐明反应区，并找到利用它为我们带来优势的方法，从而更好地了解碳纳米管形成中的作用力。”

赖斯在碳研究方面拥有悠久的发现和创新记录，从罗伯特·科尔和理查德·斯莫利因“发现以球形式束缚的碳原子”而获得 1996 年诺贝尔奖 至今。在此历史的基础上，帕斯夸里帮助牵头建立了碳中心，这是一个由企业、学术和研究机构以及非营利组织组成的联盟，旨在实现经济脱碳的共同目标。

“研究界多年来一直在制造碳纳米管，但最初我们的重点是小规模地获得性能，”帕斯夸利说。“一旦我们获得了这些特性，我们也意识到我们没有理由不能大规模地制造这些材料。显而易见，这样做对于绿色能源转型有多么重要。”

Pauali 表示，为了扩大 CNT 合成规模，零碎、分散的研究方法是不够的。相反，这项任务需要跨学科合作，包括那些在第一波研究和开发中没有参与的学科。由于碳纳米管合成在多个国家同时发展，因此需要建立国际研究合作。

“我们必须运用协作思维来解决这个问题，”帕斯夸里说。“我们相信，通过汇集专门的跨学科社区，该项目将提高反应堆效率，并有助于确定仪器和建模方面的进一步差距。”

Kavli 基金会由挪威裔美国工程师兼企业家Fred Kavli于 2000年创立，已成为通过支持天体物理学、纳米科学、神经科学和理论物理学研究来促进科学进步的领先机构。在“推进科学造福人类”愿景的推动下，该基金会通过旨在突破科学界限的合作伙伴关系、倡议和投资组合，资助这四个领域的基础研究。这笔赠款是其纳米科学可持续发展 计划的一部分，该计划旨在通过材料研究的创新来解锁未来的技术。

除了支持基础研究外，科维理基金会还与挪威科学与文学学院以及挪威教育和研究部合作设立了科维理奖，以表彰“改变我们对自然世界理解”的科学突破，据基金会网站称。许多科维理奖获得者后来都获得了诺贝尔奖。

卡维利基金会生命科学主任艾米·伯纳德 (Amy Bernard) 表示：“我们很自豪能够与莱斯大学合作，支持这项重要的高风险、高回报研究。”

“与 Kavli 基金会的合作将使从事该项目的各个团队能够聚集在一起并以协调的方式工作，”莱斯大学化学和生物分子工程 AJ Hartsook 教授、化学、材料科学和纳米工程教授兼实验室主任 Pauali 说。碳中心。“我们对这种探索性方法的突破潜力感到非常兴奋，它将使我们能够将从事通常不参与碳纳米管研究的互补领域的科学家纳入其中。”

帕斯夸里补充说，碳纳米管合成只是碳中心推动的更大努力的一部分，以组装新材料供应链。

“当你想用钢桥取代石桥时，你不能只是复制相同的结构——你必须重新设计拱桥并提出悬索桥的概念，”他说。“合成是这个新供应链的基石，但需要协调其他努力，以便该材料能够像我们对金属和其他工业材料所做的那样普遍尝试和部署。”

除了Pauali之外，参与该项目的莱斯大学研究人员还包括Karl F. Hasselmann工程教授兼材料科学和纳米工程教授Boris Yakobson ，以及化学和生物分子工程助理教授Thomas Senftle 。

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