陈骏院士领衔！南京大学「国家杰青」朱嘉院长团队/清华大学关大博，最新Nature子刊！

在产品全生命周期中，减少CO₂排放是实现碳中和的关键环节，主要包括原材料开采、加工、使用和报废四个阶段。其中，被动式日间辐射制冷涂料能带来CO₂减排效益，但其主要作用仅限于使用阶段。生命周期评估表明，要实现全生命周期CO₂减排的最大化，需在原材料开采和使用阶段均进行技术创新。

基于此，南京大学朱嘉教授、赵良教授和朱斌副教授、清华大学关大博教授（共同通讯作者）等人报道了一种全生命周期的负碳被动日间辐射冷却（PDRC）涂层，与商业反射冷却基线相比，在所有气候区，在其使用寿命内每吨CO₂当量减少0.571~13.709吨，相当于每年种植32~762棵树。其中关键是十二烷基硫酸钠诱导的氢菱镁矿填料，通过可扩展的CO₂矿物封存生产，减少了原材料提取阶段的排放。

图1.全生命周期碳负极PDRC涂层的设计理念

此外，耐用的聚偏氟乙烯树脂以分层球形结构包裹上述填料，提供高光学特性和使用稳定性，从而实现服务阶段的减排。本工作融合了生命周期评估（LCA）、材料设计和CO₂减排技术，为负碳辐射冷却涂层和相关材料建立了一个强大的平台，同时也激发了可持续技术的更多进步，以实现弹性城市的未来。

朱嘉，南京大学能源与资源学院院长，教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，英国皇家化学会会士、美国光学学会会士，教育部科学技术委员会委员、南京大学委员会副主委。2010年获美国斯坦福大学工学博士学位，师从崔屹。2013年9月回到南京大学组建纳米能源研究小组，2016年入选美国《麻省理工学院技术评论》第十六届全球35岁以下创新者榜单。主要从事面向基于光热调控的新能源领域的纳米材料与器件的研究，聚焦纳米尺度的电学、光学、热学基本原理的探究及新型能源材料的研发。

在本文中，PVDF被用作PDRC涂层的树脂基体：1）高ε_LWIR（≥0.96）；2）优异的成膜和附着力性能；3）固有的耐酸、耐碱、耐候、耐寒和耐热性。作者开发了一种CO₂矿物封存技术，用于大规模生产碳负性水菱镁矿（HM）填料，关键方面包括：1）废镁盐（泻利盐，MgCl₂·6H₂O）作为镁源，储量丰富；2）烟道气中的CO₂作为碳源；3）副产物高品质的氯化铵（NH₄Cl）作为有价值的副产品。作者开发了一种十二烷基硫酸钠（SDS）辅助反应工艺来精细调节其形态和粒度。

所制备碳负性的SDS诱导的HM（S-HM）填料，呈现出花状和巢状的球形微结构，具有更小的粒度（D50=3.92 μm）和高散射能力，被用作填料。S-HM填料的体积分数和涂层厚度分别设定为70%和300 µm，所制备S-HM基辐射冷却涂层的R_Solar和ε_LWIR分别为96.24%和0.978，远超商用白色涂层（CWC，R_Solar=79.90%、ε_LWIR=0.954）和商用反射冷却涂层（CRCC，R_Solar=85.76%、ε_LWIR=0.958）。此外，基于S-HM的涂层的R_Solar和ε_LWIR几乎没有角度依赖性。一块50×45 cm的铝（Al）基底涂覆S-HM基涂层，呈现出哑光超白外观，具有高白度（97.75±0.07）和低光泽度（60°，2.7±0.1）。

图2.基于S-HM基的辐射冷却涂层的设计、制造和光学表征

即使在10:00至13:30峰值时段，当太阳能功率超过800 W/m²时，与环境温度相比，S-HM基涂层仍能保持平均约5.80°C的温度下降，最大温度下降约8.75°C。S-HM基PDRC涂层的冷却功率，在北京从08:00到17:00的长时间内保持在约112.50 W/m²的稳定水平。在西安的测试结果表明，S-HM基PDRC涂层在全天平均实现低于环境温度的冷却效果，即9.13°C，且在白天时段（8:00~17:00）的辐射冷却功率约为114.65 W/m²。结果表明，与报道的其他PDRC涂层相比，S-HM基涂层在辐射冷却材料中表现最为出色。

此外，作者监测了S-HM基涂层覆盖的铁容器（30×20×18 cm）在白天（从8:00到18:00）的内部空气温度，以揭示其作为凉爽屋顶材料的潜力。相同尺寸的涂有透明防锈涂层（TARC，高ε_LWIR）和CRCC的容器被用作对照组。S-HM基涂层包裹容器在亚环境温度下的冷却效果最佳，对比环境温度、TARC包裹容器和CRCC包裹容器，平均温度分别降低了8.80°C、14.26°C和6.15°C。

图3. S-HM基辐射冷却涂层的亚环境冷却性能

S-HM基辐射冷却涂层表现出超疏水特性（约151.38°），显著优于商用反射冷却涂层（CRCC，约65.24°）。S-HM基涂层上的灰尘在短短15 s内就能被水迅速清除，而CRCC对照样本无法达到如此类似的清洁程度。经过测试，S-HM基涂层和CRCC的涂层均未出现超过1%的面积脱落，表明其附着力达到了4B类标准，超过大多数建筑涂料所需的3B类标准。S-HM基涂层和CRCC样品分别在60 ℃的模拟海水中（3.5% NaCl溶液）浸泡360 h，CRCC表面在浸泡后出现明显的起泡和接触角显著变化，而S-HM基涂层表面几乎保持不变。

对比CRCC，S-HM基涂层具有出色的基体附着力，浸泡后结合力几乎没有变化（约1.8%，从25.72 N降至25.26 N），而CRCC出现显著变化（约15.5%，从22.10 N降至18.68 N），表明S-HM基涂层具有极佳的结合稳定性。结果证实，S-HM基涂层在使用过程中具有良好的防水性能，显著优于CRCC。S-HM基涂层的R_Solar值和接触角分别从96.30%下降到95.44%，151.50°下降到150.36°，而CRCC的R_Solar值和接触角发生显著变化，分别从85.70%下降到81.26%，65.10°下降到58.60°。

图4.比较S-HM基辐射冷却涂层与CRCC的可靠性

图5.生命周期和全球潜力分析

An LCA-assisted hierarchical design of radiative cooling coating for full life-cycle CO₂ reduction. Nature Communications, 2026, https://doi.org/10.1038/s41467-026-69560-4.

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