近日，由我校牵头承担的国家重点研发计划 “工程科学与综合交叉”重点专项“硅酸盐胶凝材料低碳制造与碳固化新材料” 项目取得重要进展，研究成果在Nano Energy、Cement and Concrete Research、Chemical Engineering Journal等期刊上发表，并入选湖北双碳领域突破性成果。

　　碳固化材料是一种通过固碳物相与CO₂在常规环境下的碳固化反应快速形成以碳酸钙为主要组成的新型无机非金属复合材料，是支撑建材工业碳中和的重要基础材料。该项目针对碳固化材料低CO₂浓度下固结养护时间长、效率低以及缺乏面向不同场景的规模化应用技术等问题，围绕碳固化材料气-液-固多相多质传输CO₂矿化固结理论以及结构/功能一体化设计方法等科学问题开展研究攻关，近期在微结构调控以及高效辐射制冷工功能化等领域取得多项重要突破。

　　碳固化材料微结构调控

　　碳固化材料中未反应矿相（C₃S，β-C₂S，γ-C₂S）在碳化后的水化作用对其长期性能稳定性十分重要。对此，项目团队通过研究硅胶在不同硅酸钙碳化后水化过程中的演变机理，探明了碳化-水化交互作用下微结构演变与力学性能的关系。研究发现，γ-C₂S在碳化后的水化养护过程中抗压强度保持不变，而β-C₂S的抗压强度则迅速下降。这是由于β-C₂S碳化生成的硅胶在pH值较高的孔溶液中溶解并导致碳化产物体积收缩进而形成微裂纹。而C₃S在碳化期间生成C-S-H和碳酸钙，在后续水化过程中C-S-H持续生成，抗压强度增加。在强碱溶液中，γ-C₂S碳化样品中也观察到硅胶的溶出和微裂纹的生成，进一步验证了上述机理。上述结果为研究碳固化材料服役过程中的结构-性能演变提供了理论依据，并为高耐久性碳固化材料的组成与结构设计提供了理论指导。以上工作在《Cement and Concrete Research》上发表，项目负责人王发洲教授与课题负责人刘志超教授为论文的共同通讯作者。

　　碳固化无机涂层实现高效建筑辐射制冷

　　常规建筑材料如混凝土和砖块在太阳辐射波段（0.25-2.5 μm）具有高吸收率，而在大气窗口（8-13 μm）的发射率较低，这导致了较高的建筑热负荷，降低了建筑节能性能。对此，项目团队开发了一种基于γ-C₂S的新型碳固化无机辐射制冷建筑涂层（EMM），通过与CO₂碳固化反应生成CaCO₃和硅胶的复合结构。研究团队通过优化材料组成与微观结构，实现了太阳辐射波段>95%的反射率和大气窗口>96%的发射率，达成了散射与吸收的协同平衡。有限元模拟和数值分析表明，该材料与传统混凝土相比，可实现高达28℃的温差，并在全天保持低于环境温度的降温效果，可将室内温度降低超20℃，为节能建筑提供了高效解决方案。此外，碳固化过程能够吸收CO₂，降低生产过程中的碳排放，进一步提升了环境可持续性。这项研究通过碳固化建筑材料的功能化设计，为辐射制冷建筑材料的开发提供了新的技术思路和路径。以上工作在《Nano Energy》、《Chemical Engineering Journal》上发表，项目负责人王发洲教授与杨露研究员为论文的共同通讯作者。