近日，香港科大物理系和化学系双聘副教授、香港科技大学深港协同创新研究院特聘教授潘鼎带领课题组应用长时间的第一性原理分子动力学模拟，研究了纳米受限条件下含碳水溶液的物理和化学性质，并取得重要进展，相关研究成果以Nanoconfinement facilitates reactions of carbon dioxide in supercritical water为题在线发表于Nature Communications 13, 5932 (2022)。

纳米受限条件下的含碳水溶液

二氧化碳溶于水是人们日常生活中司空见惯的自然现象。这个看似简单的化学过程却深刻地影响着地球整体的碳循环，对地球气候变化和人类的可持续发展有着不可估量的重大意义。在二氧化碳的捕捉和存储过程中，将二氧化碳与水混合再封存于地下，可以将气态的二氧化碳转化为固态的碳酸岩，可以说是一个一劳永逸的碳存储手段，相关工业应用研究已经开始, 著名的有冰岛的Carbfix项目（https://www.carbfix.com/）。以前对含碳水溶液的研究多集中在体相，但是在地球内部或者地下碳存储过程中，水溶液往往处于纳米受限的状态，维度的限制和固液界面对溶液的性质有非常大的影响。潘鼎课题组的博士生Nore Stolte和侯睿比较了二氧化碳水溶液在石墨烯、斯石英二维受限状态下和体态的性质。他们发现二维受限状态下，二氧化碳反应生成碳酸根、碳酸氢根离子甚至碳酸分子更加充分。斯石英表面容易吸附氢氧根离子，所以使得溶液偏酸性，不利于二氧化碳的反应，但斯石英表面的不饱和键对二氧化碳的反应能起到一定的催化作用。该研究对地球内部碳的运输有重要意义。地球超过90%的碳存在于内部，与地表附近的碳有着大规模持续的交换。如果碳主要以二氧化碳分子的形式存在于地质流体中，流体在矿物晶粒边界将不太容易流动。如果二氧化碳与水反应变成了含碳的离子，流动性将大大增强。该研究同时对碳的存储有重要启示，如果我们选择合适的矿物如镁橄榄石等去限制二氧化碳和水，将大大提高碳的矿化效率。上述研究获得香港研资局、裘槎基金會、中国国家自然科学基金港澳地区优青项目和美国斯隆基金会深部碳循环项目的支持。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-33696-w。

潘鼎教授

现为香港科大物理系和化学系双聘副教授、香港科技大学深港协同创新研究院特聘教授。潘教授于中国科大获得物理学学士学位，在中科院物理研究所获博士学位, 曾在德国马普学会Fritz-Haber所、英国伦敦大学学院、美国加州大学戴维斯分校和芝加哥大学访问学习。自从加入香港科大，潘教授先后荣获裘槎前瞻科研大奖、深部碳循环新兴领袖奖、国家自然科学基金优秀青年科学基金（港澳）和香港科大理学院研究奖。潘鼎教授课题组长期专注于开发和应用高性能的第一性原理和机器学习算法，研究水科学、碳循环和清洁能源等与可持续发展相关的基础物理和化学问题。