在我国“双碳”目标和减污降碳协同增效持续推进的背景下，面向工业点源、污水处理过程及海洋环境等不同碳源场景，发展低能耗、可循环、可规模化的碳捕集利用转化与碳移除技术具有重要意义。
近期，北京大学环境科学与工程学院张子帅研究员团队围绕碳捕集、低温再生、资源化转化利用这一主线取得系列进展。相关成果发表于Science Advances、Nature Communications等期刊，海洋碳移除项目同时入选腾讯“碳寻计划”二期（CarbonX Program 2.0）终选名单（全国仅4支团队），并获得专项支持。
针对传统液相CO₂捕集体系容量受化学计量关系限制、热再生能耗高以及捕集—利用过程衔接困难等问题，赵华章教授/张子帅研究员团队联合北京建筑大学王崇臣教授团队，构建了兼具微孔物理吸附与液相化学吸收功能的可规模化微孔碳捕集液，并发展了微气泡界面接触电催化驱动的低温CO2再生策略。面向系统放大，团队进一步实现了室温常压条件下材料的公斤级制备，并以此构建可拓展微孔碳捕集液体系，在连续捕集—原位再生—原位利用全系统展示了从材料规模化制备、低温再生到捕集后资源化利用的一体化技术路径。
该成果以“Microbubble-activated CO2 regeneration in scalable microporous liquids enabled by contact electrocatalysis”为题，于2026年7月17日发表在《Science Advances》上，张子帅课题组2024级博士生朱攀为论文的第一作者，北京建筑大学王崇臣、北京大学赵华章和张子帅为共同通讯作者。
污水处理厂在运行过程中持续排放CH4和CO2等温室气体，同时又需要额外投加有机碳源以维持反硝化等生物处理过程，由此形成“碳排放与碳源消耗并存”的矛盾。针对这一问题，北京大学环境科学与工程学院童美萍/张子帅提出了面向污水处理过程的Waste-to-Chemical（WtC）碳循环利用策略，通过生命周期评价（LCA）系统比较32种热化学与电化学串联或并联的CH4/CO2资源化路径，并进一步结合技术经济分析（TEA）和全国尺度时空情景评估。研究发现，热化学—电化学串联（T–E）路线具有最优的综合减碳表现，其中甲酸盐是最具优势的目标产物，可将污水处理体系排放较直接排放基准最高降低约35%。
该成果以“Net-Negative Carbon Valorization in Wastewater Treatment via Sequential Thermochemical-Electrochemical Coupling” 为题，于2026年8月17日发表在国际学术期刊Nature Communications。童美萍/张子帅课题组2024级博士生郑翔宇为论文的共同第一作者，北京大学环境科学与工程学院童美萍教授、张子帅研究员为共同通讯作者。
面向海洋这一重要碳汇介质及规模化碳移除需求，北京大学环境科学与工程学院张子帅团队进一步将低能耗电化学碳管理研究拓展至海水碳移除的工程应用场景，探索基于电化学矿化路径的海水无机碳移除新方案。基于上述研究基础，张子帅团队入选腾讯“碳寻计划”二期（CarbonX Program 2.0）终选名单，并受邀赴英国伦敦参加CarbonX Program 2.0颁奖典礼暨成果展示交流活动，与国际气候科技领域专家、产业机构及项目伙伴围绕碳移除技术、工程放大和MRV体系建设开展交流。此次入选及国际交流进一步推动了团队与全球气候科技创新生态和产业资源的连接，为海洋碳移除技术由实验室基础研究向连续化工程验证、碳移除核证及未来规模化应用迈进提供了重要支持。
腾讯碳寻计划二期颁奖典礼现场
课题组在碳捕集与转化利用研究领域的近期研究
1. Net-Negative Carbon Valorization in Wastewater Treatment via Sequential Thermochemical-Electrochemical Coupling. X. Zheng, M. Xiao, J.Zhu, X. Li, J. Wang, P. Zhu, M. Tong*, Z. Zhang*, Nature Communications, 2026, 10.1038/s41467-026-76941-2.
2. Microbubble-activated CO2 Regeneration in Scalable Microporous Liquids Enabled by Contact Electrocatalysis. P. Zhu, L. Ma, X. Yang, X. Yi, J. Wang, C. Ding, X. Li, M. Lin, W. Liu, C. Wang*, H. Zhao*, Z. Zhang*, Science Advances, 2026, 12, eaef9017.
3. Anchored atomic Ru-O4 architecture enables ultra-effective Fe(VI) activation via avoiding Fe(VI) self-decay for water purification. Y.Chen, X. Ge, J. Li, Z. Zhang*, Z. Li*, Nature Communications, 2025, 16, 7509.
4. Asymmetric Electrosorption in a Bio-Inspired Reactor Enables Energy Efficient Ocean Carbon Removal. Y. Zhu#, J. Wang#, O. Yang, J. Fuhrman, H. Ji, M. Lin, Y. Hu, J. Liu, K. Zuo, H. Zhao*, Z. Zhang*, Angewandte Chemie International Edition, 2025, 64, e202515007.(Hot Paper)
5. Self-Biased Electro-mineralization via Programmable Field Engineering for Energy-Efficient Ocean Carbon Removal. J. Wang, S. Kang, Y. Zheng, P. Zhu, X. Li, M. Lin, H.Sun*, Z. Zhang*, Angewandte Chemie International Edition, 2026, e1737498; (VIP: Very Important Paper).
6. Pathways toward Operando Recoverable CO2 Electrolyzers. X. Li, J. Tian, P. Li, H Zhao*, B. Xu*, Z. Zhang*, Energy & Environmental Science, 2026, 19, 2492.
7. Electrochemical Reactors for the Utilization of Liquid-Phase Carbon Species. J. Wang#, P. Zhu#, H. Qin, K. Zuo, H. Zhao*, Z. Zhang*, Energy & Environmental Science, 2025, 18, 6438 – 6455.
