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文|徐 来

编辑|徐 来

《——【·前言·】——》

美国研究了几十年都没解开的难题，中国几支团队悄悄联合起来，做成了。

不是吹，是实打实上了井下、登了期刊、挂了国家级发布。

全世界都想解决，它拖了几十年

没人否认，这问题卡人卡了很久。

一个在地下，一个在实验室，两个方向、两个领域，却都碰上了“天花板”。

第一个问题，出在矿井，煤矿井下瓦斯浓度低，挥发快，捕捉难，危险性却高得吓人。

谁都知道，这玩意一旦积聚到临界点，后果就是爆炸。

几百米井下，想控制它，不容易，过去几十年，靠“抽、放、排”三招维持平衡，效率不高，风险还在。

国外不少团队试过改进。

美国能源部曾拨专项经费，让密歇根理工搞低浓度瓦斯提纯，搞了五年，成果还是写在纸上。

德国人走催化法，温度过高失败。

国际期刊从2008年起，几乎年年都有人试，年年都卡。

第二个难题，发生在另一端：实验室。

是光电子领域的死结——纯红光钙钛矿LED，蓝光绿光早有人拿下，唯独红光不行，谁造谁崩。

这是材料难题，光钙钛矿稳定性低，过几小时就衰减，量子效率掉得比谁都快。

美日韩都发过论文，结论只有一句：要么效率高，要么能亮久，两样兼得做不到。

全球高端实验室都摊过手，中国学术圈也不例外。

在公开期刊里，纯红光领域的领先论文，绝大多数出自韩国科学技术院和MIT。

中国团队过去做得多，突破少。

这俩问题，一个关系能源安全，一个关系下一代显示屏命脉。没人觉得它们能一起攻克。

结果，在2024年年末，中国技术团队同时发了两个消息——低浓度瓦斯可以回收，纯红光钙钛矿可以稳定发光。

这不是新闻稿写的，这是国家档案馆和国际SCI期刊挂出的实测数据。

一前一后，两道难题直接解掉。

哪来的突破？都是啃下来的

第一个突破点，是在山西太原的一个实验站。

团队是太原理工大学牵头，中国科学院和怀柔实验室参与，领头人李晋平，做分子筛二十多年，公开资料上有数据，光“低温孔道模型”就做了15年。

他们不搞大新闻，搞沸石，是一种结构极其复杂的“微介孔沸石分子筛”，外行看是粉末，内行知道它是气体选择性的“大网子”。

2023年，他们合成了一种新型多级结构，命名ZMTP，能在极低浓度下稳定吸附甲烷，效率达到了80%以上。

在山西沁水井下，他们做了实际测试。

浓度从2.8%提升到8%，沸石模块把空气中过量甲烷吸出来，过滤、浓缩、再转化成电，接入矿区用电系统。

这不只是实验室论文，是装了设备，用了电，算了账的实打实数据。

整个试验持续了一个半月。设备运行无熄火，吸附系统无堵塞，效率无异常。业内当场说，这是“低浓度甲烷工业级回收首次成功”。

第二个突破，出现在天津。

南开大学团队搞出了一个能长期发光的红光钙钛矿器件，发布在《自然》期刊，名字叫“面内取向双钙钛矿红光LED”。

团队没说这名字有多难懂，他们直接上数据。发光效率超过24%，稳定工作时间突破400小时，刷新国际纪录。

这个数据，在《自然》里一挂，所有人都明白了——之前的“无法兼顾”，被中国人硬给兼顾了。

这套材料合成系统叫“高稳定性多晶体系抑制方案”，不是新词，是把十几个研究方向拉进来磨出来的。

南开大学化学院、材料科学研究院、联合国实验室，同时列在作者单位。

不炒概念，不跑会议，直接给核心技术挂SCI。这些人不在镜头前，在反应釜前。

钙钛矿发红光不稀奇，能一直发红光才叫突破。过去一个小时能亮就是好成绩，现在能连亮400小时，这已经是硬指标突破。

这两个难题，没有一个靠“灵光一现”。一个啃分子结构，一个啃晶格应力，全靠磨。

现场点火、稳定发光，全世界都看到了

山西沁水煤矿，井下580米，一台蓝白相间的实验舱运转了78天。

这是低浓度瓦斯提浓模块的第一次实地长测。空气中甲烷含量不稳定，时高时低，一直是技术难题。

过去吸附材料最多只能做几个小时就饱和，要么堵，要么漏。

这次不是演示，是带电测试。系统装上去以后直接并入井下局部供电系统。

现场技术员调了三个传感器，开始记录数据。

第一个小时，吸附率达76%；第12小时稳定在79%；第30小时开始供电。

能把瓦斯用上电，能源端算是闭环了。

一个微孔沸石筛，把从前放掉的瓦斯，稳稳当当变成了稳定输出的能源。

测试过程中，模块温度不超50度，压差低于2帕，说明整套系统没有堵气也没有异常聚集。

技术员把这批结果传上去，不到一周，工信部能源司派人下井核实，没拍照、没剪彩、没通稿，只留下现场记录表，一摞厚达9厘米。

这批数据，后被写进太原理工发布的一份内部简报。

外界最早是在《中国科学报》里看到的，标题是：《微孔材料实现低浓度甲烷工业利用关键突破》。

媒体一看数据，再看使用场景，全炸了。

美国在2018年也做过类似项目，密歇根技术大学当年尝试一种“分子凝聚型膜反应”，成果很好看，论文上热度不小，结果实地应用阶段堵塞率高达22%，终止试验。

这一次，中国团队把堵塞率压到0.6%，现场输出稳定，已经不是实验级，是工业级。

设备下井那天没人喊口号，装完直接上电。项目负责人的一句话写在报告上：“数据先跑出来，再发稿。”

矿上人不说话，看报表。每天吸附多少甲烷、转化多少瓦时、换算多少元收益，算账最直接。

另一边，在天津南开大学那栋老化学楼，钙钛矿团队把LED样品一批一批挂进测试柜。

红光稳定是死问题。谁都知道，红色波长越长、晶格越脆、能级越难稳住。

很多高校实验室造得出红光钙钛矿，但一进老化试验箱就全军覆没。

有的撑不到三小时，有的开了灯就掉电流。

这回不是这样，南开团队做出的新型双钙钛矿材料，把晶格耦合做了“区域断开”，主晶体不影响发光副晶体，等于给发光层戴了个缓冲盔甲。

实验记录册第17页上，写着一个数：408.2小时。

这是样品第9号的连续发光时间。不是累计，是不间断点亮。

红光波段强度没降超出5%，说明整套发光结构没崩，设备还能工作下去，只是实验定时到了。

这就是突破。过去一百多个科研团队盯着这块料，最后是南开团队把它撑过了400小时。

他们的数据直接挂上《自然》杂志电子材料专刊。

当期文章一共8篇，南开这篇在封面推荐区。文章作者单位标注：中国·南开大学化学学院。

美国伊利诺伊大学有研究员转发这篇文章时写了一句话：“This is the new bar.”（这是新的标准线。）

过去10年，韩国团队在红光LED上拿下很多专利，但没有一个材料系统能撑超300小时。

这一次，中国团队不仅压过了韩国，还压过了日本、德国和MIT。

一段技术演示视频在实验室里悄悄流出，红光芯片在恒温测试箱里亮着，旁边有一个滚动时钟。

时间从100跳到200，再到400，没有一个闪烁。

没有剪辑、没有滤镜，视频里只有一个稳定发光的芯片和静静跳动的数字屏。

这不是实验概念，是稳定制造，是材料突破，是国际标准线被重新拉高。

美国花了几十年没做成的，中国三年内全干成了

低浓度瓦斯工业回收，纯红光钙钛矿长效发光。

两个技术难题，国际上都曾有项目组尝试，最早起步的是美国，投入最多的也是美国。

瓦斯那边，早在2000年代，美国能源署就推过两个专项基金，支持“煤层气全利用”项目。

加州能源技术公司曾提出“热梯度解吸法”，理论很好，但实测阶段失败率高，污染物处理也没跟上。

而纯红光钙钛矿更是长期被MIT、东京大学、韩国先进材料研究院三方反复试验。

2020年MIT团队曾短暂达到发光效率22.4%，但材料降解率过高，实测寿命不到24小时。

美国、日本、韩国都出过高效率报告，却从没解决掉“寿命”这一项。

这次，中国团队一个解决寿命，一个打通全链条，两套系统在2024年几乎同时宣布成功。

两个方向的人，互相并不知道彼此在做什么。

太原理工做的是能源材料，南开大学做的是光电晶体，两套系统毫无交集。

结果都撞到了世界性难题上，都啃了下来。

关键在“稳定”，一个气体不稳定，一个光不稳，别人全失败在这俩字上，中国团队全是做耐力项目的，不追爆点，追下限不崩。

这不是喊口号能成的，是真干。

瓦斯项目用了15年，几代研究员一代接一代，连论文格式都没改，一直是“应用研究型报告”。

没人宣传，也没做专利包，纯靠反复实验，数据打穿。

钙钛矿团队在过去6年里，试了接近60种晶体结构方案，只有这一种撑了过去。其他59种，全进了废样柜。

没有一个是“偶然突破”，都是技术饱和后的厚积爆发。

这件事公开以后，行业反响很快。

中国煤炭协会能源中心直接开了闭门通气会，提出将新型沸石材料试点铺到20个矿区。

光电这边，京东方和天马微电子已联系团队测试新材料样本，试验目标是“能否替代OLED作为商显用基材”。

没人再问“有没有前景”，技术通了，谁都知道它能用在哪。

这一波突破，没有特别多声音。官方报道大多挂在技术栏目，没有宣传语，没有口号，只有一句话最醒目：

“美国没做成的，中国团队做成了。”

参考资料

《解决世界性难题，我国技术团队“驯服”低浓度瓦斯》·北京日报客户端·2025-07-08

《低浓度瓦斯“驯服”记》·科技日报·2025-07-10