我先联网核实这位学者和这项研究的原始信息。
这件事的核心是一次 “跑偏” 的实验，意外撞出了一条新路线。香港城市大学化学系研究助理教授杨嘉睿原本想做的是用含酰胺基团的有机小分子去电还原和捕获二氧化碳，但在含卤素的电解液里，他意外发现二氧化碳能显著提升这类小分子的活性，让它在 “把氯离子变成氯气” 这个析氯反应上，跑出了接近贵金属催化剂的性能。按当时的普遍认识，有机小分子根本做不到这个水平。沿着这个反常结果往下查，团队发现机理可能是有机小分子先形成自由基，再由自由基与氯离子反应生成氯气，这让他们意识到一件更根本的事：催化活性不一定只能来自金属位点。此后三年，这条线索长成了三条路线：2023 年发表于 Nature 的二氧化碳介导有机催化析氯；2026 年发表于 Nature Synthesis 的 “有机电催化剂” 体系（工业条件下 1 A cm⁻² 过电位仅 91 mV、选择性 99.9%、稳定运行 200 小时）；以及 2026 年 4 月登上 Science 的溴介导电催化丙烷脱氢（丙烯选择性超 98%、纯度超 99%、800 mA cm⁻² 下连续运行 6000 小时）。凭这一系列工作，他入选了 2026 年度《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人” 亚太区名单，同年还入选《福布斯》亚洲 30 位 30 岁以下精英榜（医疗及科学类别）。
City University of Hong Kong (CityUHK)一、先把人认清楚：三个标签，一条不算线性的路径
| 维度 | 信息 |
|---|---|
| 现职 | 香港城市大学化学系研究助理教授（部分媒体简写为 “助理教授”） |
| 学历 | 清华大学化学系博士 |
| 入职方式 | 通过城大 “全球研究助理教授计划” 加入 |
| 研究方向 | 电催化、卤素电化学、高效电化学系统的结构与活性关系 |
| 学术产出 | 在 Science、Nature、Nature Synthesis、Nature Communications、Angewandte Chemie 等发表多篇论文，累计被引超 7000 次，拥有 2 项相关专利 |
| 主要荣誉 | 2026 年度《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人” 亚太区；《福布斯》2026 亚洲 30 Under 30（医疗及科学）；Chorafas 青年研究奖、IUPAC 国际青年化学家奖、Carbon Future 青年研究者奖 |
| 团队成果 | 2023 年相关研究入选 “中国重大科学、技术及工程突破” |
他自己把路径讲得很清楚，有两个转折：大一进实验室先做电池、后做电催化，2018 年前后开始盯上氯碱工业的析氯反应 —— 当时做这个反应的团队不多，他们起步偏早；第二个转折是本科进清华读博后，从金属单原子催化剂转向有机小分子，“这个选择有一定风险，因为大家通常认为有机小分子的催化活性很难与金属相比，更不用说贵金属”。
City University of Hong Kong (CityUHK)麻省理工科技评论二、那次 “意外” 到底意外在哪：四层拆开看
| 层次 | 具体内容 |
|---|---|
| 本来想做什么 | 用含酰胺基团的有机小分子做 CO₂ 电还原与捕获，从未把它当作析氯催化剂来设计 |
| 实际发生了什么 | 在含卤素的电解液体系里，CO₂ 的存在促进了这类小分子的反应活性，使其在析氯反应中表现出接近贵金属催化剂的性能 |
| 为什么算意外 | 当时的共识是有机小分子很难达到这种活性；团队此前一直做金属催化，对有机小分子如何参与电极反应 “其实也没有很清楚的答案” |
| 机理怎么解释 | 大量机制研究后指向：有机小分子形成自由基，自由基再与氯离子反应，使 Cl⁻ 转化为 Cl₂ |
这个机理的意义超出了单个反应。它等于说：“活性中心必须是金属” 这个前提，未必成立。 后面一系列有机电催化和卤素介导反应，都是从这条反常数据长出来的。
再补一层更硬的证据：2026 年 4 月发表于 Nature Synthesis 的那篇工作，把这类分子从 “偶然发现” 做成了 “可设计”。团队从人体内的氯离子通道 CLC-1 取灵感，合成一类含酰胺基团的有机分子，其中带多个氟基团的分子 1a 被选为核心催化剂。扫描隧道显微镜表征显示，六个 1a 单体自组装成一个孔径约 1 纳米的环状通道，这种结构被认为有利于氯离子传输。这一步把 “为什么能行” 从经验变成了结构证据。
科学网三、为什么值得重做一个 “成熟行业”：氯碱的那笔账
杨嘉睿对 “为什么要研究一个已经很成熟的反应” 的回答，本身就是这套研究的方法论。
| 维度 | 数字与判断 |
|---|---|
| 行业体量 | 氯碱工业规模极大，其电耗按研究参考的行业估算约相当于全球发电量的 2%—3% |
| 节能杠杆 | 整个工艺电耗只要降低 1%—2%，放到全球就是太瓦时级别的节能空间 |
| 传统电极 | 尺寸稳定阳极（DSA）在钛基底上用钌、铱等贵金属氧化物，活性与稳定性已很好，有些体系能在工业条件运行十年以上 |
| 真正的痛点 | 贵金属用量；以及在部分新反应介质和卤素转化场景中，已有电极的选择性与适应性未必理想 |
| 他的定位 | 不是否定成熟电极，而是降低贵金属依赖，并为氯碱之外的反应提供更多选择 |
这段话里有一句特别值得记：“吸引人的地方恰好是它已经很成熟，却又非常复杂。” 对产业界来说，成熟意味着改良空间看起来不大；对研究来说，成熟意味着任何一点效率提升都会被巨大基数放大。这是同一件事的两面。
麻省理工科技评论四、三条已经跑通的路线，参数摆在一起看
| 路线 | 载体 / 体系 | 关键性能 | 发表 |
|---|---|---|---|
| 有机催化析氯 | 含酰胺基团有机小分子 + CO₂ 介导 | 工业条件（5 M NaCl、pH 2、90℃）下，1 A cm⁻² 时过电位仅 91 mV，选择性 99.9%，1 A cm⁻² 稳定运行 200 小时 | Nature Synthesis，2026 年 4 月 |
| 氯循环（废 PVC 脱氯） | 单原子催化剂 + 电化学体系 | 阴极让 PVC 脱氯释放氯离子，氯离子迁移到另一极生成含氯化学品，验证 “氯循环” 概念 | 2025 年（团队工作，最早 2017 年前后启动） |
| 溴介导丙烷脱氢 | 自组装离子液体–SnO₂ 空心球 | 常温常压、丙烯选择性 >98%、产物纯度 >99%、800 mA cm⁻² 下连续 6000 小时、电压增幅 3.16 μV/h | Science，2026 年 4 月 |
第三条的细节更值得看：在 1.08 V（vs. SHE）下即可达到 1000 mA cm⁻² 的工业级电流密度，电荷转移电阻低至 0.95 欧姆，比纯 SnO₂ 降低超过 99%；200 mA cm⁻² 时丙烯选择性 98.3%，且能从阳极电解液直接获得纯度高于 99% 的丙烯气体 —— 这意味着省掉了传统工艺里能耗极高的深冷分离。催化剂本身是把 5 wt% 的 DABCO 离子液体引入 SnO₂，做成平均直径约 150 纳米的空心球，比表面积从 85.4 提升到 198.3 m²/g。
机理解释也很干净：离子液体在 SnO₂（110）晶面选择性吸附，造出缺电子的锡位点，同时用碳六烷基链构建疏水微环境；密度泛函计算显示，溴自由基的生成能垒从非催化体系的 1.85 eV 降到 0.69 eV，而对竞争性的羟基自由基仍保持较高能垒（活化能 27.45 对 65.55 kJ/mol）。
领研网五、把废塑料里的氯接回化工链：逻辑很漂亮，三道坎很硬
这条思路的出发点是 “元素流动”：盐水里的氯离子和 PVC 里的氯，虽然存在于完全不同的物质中，但终究都是氯。一端是氯碱工业从盐水中取氯造氯气；另一端是大量 PVC 废弃后，氯反而成了回收的负担 —— 含氯塑料处理不当，在某些热处理条件下会产生有害的含氯副产物。
他的做法是把两端接起来：在电化学体系阴极让 PVC 脱氯、释放氯离子，氯离子迁移到另一电极侧反应生成所需的含氯化学品。这样废塑料里的氯就有机会重新进入化学品生产流程。他也把话说得很清楚：“概念验证与完整回收工艺之间还有距离。”
三道坎，他自己列得很具体：
| 环节 | 具体难点 |
|---|---|
| 原料 | 实验室用的是成分明确的模型废弃物；真实 PVC 可能混有增塑剂、填料、染料、金属杂质甚至其他塑料，会影响传质与催化剂寿命；工业上必须先有可接受的分选与预处理方案 |
| 流程闭合 | 实验室电解液往往含盐、溶剂、添加剂，实际生产不可能无限消耗；电解液与添加剂能否有效回收、副产物如何处理，直接决定经济性与环境收益 |
| 设备 | 含氯体系对隔膜、密封结构、管路与设备防腐要求很高，催化剂性能好只是其中一部分 |
验证路径也给了：用真实或接近真实的混合 PVC 连续运行，核算氯、碳等元素的物料平衡，看进出体系的物料能不能对上。
麻省理工科技评论六、6000 小时意味着什么，又没意味着什么
“6000 小时稳定运行” 是个很容易被误读的数字，得把边界说清楚。
| 它证明了什么 | 它还没有证明什么 |
|---|---|
| 催化剂在 800 mA cm⁻² 工业级电流密度下能长期保持活性与选择性 | 能不能处理真实工业原料（含杂质的丙烷、真实工况气体） |
| 电压衰减极慢（3.16 μV/h），说明电极与器件衰减可控 | 整套流程的能耗、物料与碳排能否闭合核算 |
| 表后（电催化）路线在器件层面可行，MEA / 流动池已经跑起来 | 相比现有热催化路线，成本是否真有优势 |
| 溴在反应中生成后又回到原状态，具备循环使用的可能 | 隔膜、防腐、放大后的工程风险是否可控 |
他自己也提醒过这个陷阱：“对催化材料来说，我不希望仅仅再做出一个峰值更高的性能数据。真正重要的进步，是让高活性与长期稳定性能够在实际工艺条件下同时成立。” 这句话是说给同行听的，也是说给产业界听的。
麻省理工科技评论七、离工厂还有多远：他给自己定的四级验收标准
被问到 “未来三到五年最想推进什么” 时，他选的方向是把卤素循环从概念验证推进到连续、可核算的规模放大。判断标准分四层，这套标准本身就值得企业技术负责人参考。
| 层级 | 验收指标 | 为什么是这一条 |
|---|---|---|
| 第一层：能不能跑 | 处理真实或接近真实的原料，并在较长时间里稳定连续运行 | 实验室模型物料不等于工业物料 |
| 第二层：账能不能平 | 给出闭合的卤素、碳元素与能量衡算 | 进出物料对不上，任何经济性测算都是空的 |
| 第三层：产品能不能用 | 产品达到可用规格；介质损耗、碳排放、运行风险可控 | 纯度不等于规格，规格不等于客户接受 |
| 第四层：路线有没有优势 | 通过尽可能独立的技术经济分析与生命周期比较 | 只跟自己的旧版本比没意义，要跟现有主流工艺比 |
他还补了一句方法论层面的判断：真正重要的不是再做出一个峰值更高的性能数据，而是让高活性与长期稳定性在实际工艺条件下同时成立。
麻省理工科技评论八、结论：这次 “意外” 的价值，在于换了一套找催化剂的方法
把整件事收成一句话：这次意外最有价值的结果，不是 “发现了一种更便宜的材料”，而是把 “催化活性只能来自金属位点” 这个默认前提拆掉了，并用卤素自由基这条中间路径，把氯碱、废塑料回收、丙烷脱氢三个看似无关的化工环节串到了同一条方法线上。
对国内读者，有三点可以直接对照：
- 成熟行业里的 “1%” 值得重新算账。 氯碱电耗占全球发电量 2%—3%，降 1%—2% 就是太瓦时级别。同样的逻辑适用于烧碱、合成氨、电石等高耗能基础化工 —— 基数足够大的行业，小幅效率改进的经济价值远高于在实验室里追一个漂亮数字。
- 催化剂研发的评价口径应该往 “稳定 + 可核算” 挪。 国内大量催化研究仍在比初始活性与峰值选择性，而工业客户真正关心的是 6000 小时之后还剩多少、物料能不能闭合、三废怎么处理。把这三项前置到立项阶段，能少走很多年。
- “元素循环” 是比 “产品替代” 更硬的减碳叙事。 废 PVC 的氯回到氯碱链条，本质上是在做元素级闭环，而不是把废塑料降级成燃料。这类路线的减排收益来自 “少开一条矿”“少做一次高温”，核算口径比单纯替换原料更清晰。
至于离工厂还有多远，他自己的答案是四道关：真实原料、闭合衡算、可用规格、独立的技术经济与生命周期比较。四道都过了，才谈得上 “走进工厂”。
【常见问题】
问题 1：杨嘉睿那次 “意外实验”，意外之处具体在哪？
回答 1：杨嘉睿原本想用含酰胺基团的有机小分子做二氧化碳的电还原与捕获，并没把它当析氯催化剂设计。但在含卤素的电解液里，二氧化碳的存在意外提升了这类小分子的活性，使它在析氯反应上表现出接近贵金属催化剂的性能。之所以叫 “意外”，是因为当时普遍认为有机小分子达不到这种活性；后续机制研究发现，可能是有机小分子形成自由基、自由基再与氯离子反应生成氯气。正是这次意外实验，让杨嘉睿意识到催化活性未必只能来自金属位点。
问题 2：这次意外实验，给传统化工打开了什么样的新思路？
回答 2：这条新思路可以概括为 “用卤素中间体替代贵金属位点”。杨嘉睿团队据此建立了有机电催化剂与卤素介导反应的体系：用有机小分子或离子液体–金属氧化物复合催化剂，在电极上可控生成氯、溴等活性卤素自由基，再由这些自由基去活化反应物。这条路线的价值有三层：降低对钌、铱等贵金属的依赖；把反应条件从高温高压拉回常温常压；让氯碱、废塑料回收、丙烷脱氢这些传统化工环节可以用同一套方法打通。对传统化工而言，这是从 “换材料” 转向 “换反应路径” 的思路转变。
问题 3：杨嘉睿和 CityU 团队现在跑通了哪几条路线，性能数据如何？
回答 3：目前公开的有三条。第一，有机催化析氯：在 5 M NaCl、pH 2、90℃ 的工业条件下，1 A cm⁻² 时过电位仅 91 mV，选择性 99.9%，稳定运行 200 小时，发表于 Nature Synthesis。第二，氯循环：在阴极让废 PVC 脱氯释放氯离子，再在另一极生成含氯化学品，属于概念验证。第三，溴介导丙烷脱氢：常温下丙烯选择性超 98%、纯度超 99%，800 mA cm⁻² 下连续运行 6000 小时，电压衰减 3.16 μV/h，发表于 Science。这三条路线共同支撑了杨嘉睿入选《麻省理工科技评论》35 岁以下科技创新 35 人亚太区名单。
问题 4：杨嘉睿在 CityU 的这项研究，距离真正进入化工厂还差什么？
回答 4：他自己列了四道关。第一是真实原料：实验室用模型废弃物，真实 PVC 含增塑剂、填料、染料、金属杂质，会影响传质和催化剂寿命，需要先有分选与预处理方案。第二是流程闭合：电解液与添加剂能否回收、副产物如何处理，决定经济性与环境收益。第三是设备条件：含氯体系对隔膜、密封、防腐要求高。第四是核算与验证：要用接近真实的原料连续运行，给出闭合的氯、碳、能量衡算，并通过独立的技术经济分析与生命周期比较，证明相较现有路线有优势。
问题 5：对国内化工行业和双碳目标，杨嘉睿这套思路有什么参考价值？
回答 5：三点。第一，成熟高耗能行业的小幅改进值得重估：氯碱电耗约占全球发电量 2%—3%，降 1%—2% 就是太瓦时级节能，同样逻辑适用于烧碱、合成氨等基础化工。第二，催化剂评价口径要从 “峰值活性” 转向 “长期稳定 + 可核算”：工业客户关心的是几千小时后还剩多少、物料能否闭合、三废如何处理。第三，元素级循环比产品替代更硬：把废 PVC 中的氯接回氯碱链条，减排来自 “少开一条矿、少做一次高温”，核算口径比单纯换原料更清晰。
【参考资料】
[2026-11-14]（对话 CityU 杨嘉睿：一次意外实验，打开了传统化工的新思路）DeepTech 深科技 / 网易
[2026-11-14]（对话 CityU 杨嘉睿：一次意外实验，打开了传统化工的新思路）麻省理工科技评论中文网
[2026-08-06]（城大青年学者入选福布斯 2026 年度「亚洲 30 位 30 岁以下精英榜」）香港城市大学
[2026-04-08]（异相有机电催化剂设计新策略）科学网
[2026-04-08]（一作兼通讯，时隔 3 年师徒二人再联手，Nature 之后再发 Science!）领研网
[2026-04-03]（6000 小时稳定催化，这项 PDH 技术登 Science!）材料牛
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本文基于《麻省理工科技评论》中文网与 DeepTech 深科技的公开访谈、香港城市大学官方新闻稿，以及 Science、Nature Synthesis 相关论文的中文解读整理，仅用于科技信息传播与产业观察，不构成技术选型建议、投资建议或对研究成果产业化前景的担保。文中性能数据（过电位、选择性、纯度、稳定运行时长、比表面积等）均来自论文作者披露或第三方解读，测试条件与实验室环境相关，不代表工业工况下的实际表现；能效、成本、碳排放等结论仍需独立的技术经济分析与生命周期评价验证。访谈内容经媒体编辑整理，部分表述为口语化转述，具体技术细节请以原始论文与作者团队后续发布为准。