PART 01

　　编者按

　　“中国科学院院长特别奖”(以下简称“院长特别奖”）是中国科学院对在学研究生的最高奖励。获此殊荣的研究生应学业优异，在学期间取得具有重要学术价值的科研成果，或在理论上有较重要的创新和发展，或在技术上有较大的突破并获得显著的经济效益和社会效益，或在其他方面做出重要贡献。今天，院长特别奖获得者，来自中国科学院生态环境研究中心的康宇阳同学，向我们讲述他的科研路途。

　　PART 02

　　康宇阳，2026 年度院长特别奖获得者，中国科学院大学 2020 级直博生，培养单位为中国科学院生态环境研究中心，主要研究方向为电化学水处理技术。在读期间相关研究成果发表后，被中国科学院官网及多家领域内知名媒体报道，总阅读量超 10 万次，引用已逾百次。曾获博士生国家奖学金、北京市优秀毕业生、生态环境研究中心等级奖学金特别奖等荣誉。

　　一次实验：一个打破固有认知的 “意外信号”

　　工业高盐废水成分复杂、毒性强、极难降解，是水环境治理领域的一块硬骨头。电催化膜技术，能够一边过滤污水，一边原位降解污染物，还能把废水中污染物转化成可利用资源，被视作极具潜力的水处理技术路径。

　　但行业内一直横亘着一道绕不开的难题：膜的孔径究竟该做多大多小？孔径看似只是一个简单的结构参数，却会同时牵动污染物在孔内的传质、催化界面和反应微环境，而这些因素又彼此影响、相互耦合，共同塑造膜内真正发生的反应过程。长久以来，科研人员只能一遍遍制备不同孔径的膜样品，靠海量实验试错，去碰那一条看不见的孔径 “黄金线”，没有人说清背后真正的底层机理。

　　最开始，康宇阳也循着这套传统思路开展工作：批量制备一批梯度孔径的电催化膜，测试性能，筛选最优参数。就在一次平平无奇的常规对照实验里，一个完全意料之外的反常现象撞进他的视野：仅仅是微米尺度的孔径变化，不仅污染物降解速度天差地别，连膜内发生的化学反应路径也随之改变。

　　大多数人或许会把它归为实验误差，重做一遍便草草翻过。但康宇阳没有放过这一丝 “不对劲”。“这绝不是简单传质快慢能解释的。” 他敏锐意识到，那些肉眼看不见的微小孔道，正在用空间几何，改写整套化学反应的剧本。反应物如何进入孔道、如何碰撞、如何转化，全部被这方寸微空间牢牢掌控。解开孔道的秘密，或许就能打开电催化膜设计的新思路。

　　“这绝不是简单传质快慢能解释的。” 他敏锐意识到，那些肉眼看不见的微小孔道，正在用空间几何，改写整套化学反应的剧本。反应物如何进入孔道、如何碰撞、如何转化，全部被这方寸微空间牢牢掌控。解开孔道的秘密，或许就能打开电催化膜设计的新思路。

　　三年攻坚：在模拟与实验之间破译孔道机理

　　孔道内部的反应过程藏在材料缝隙之中，无法直接观测。为了 “看见” 微观世界发生了什么，康宇阳选择借助多物理场模拟，在计算机中重建孔道内对流传质、扩散、界面电化学反应的完整过程。

　　理想很清晰，现实却处处碰壁。实验实测的数据，总是和计算机模拟的输出结果相互矛盾，两组结果 “各说各话”。如果图省事，大可以修改模拟参数去拟合实验结果快速交差，但康宇阳拒绝这种 “凑答案” 的做法。

　　整整三年，他深陷在实验与模拟的来回博弈之中。先后完成十余次完整模型重构，每一次重构，都意味着推翻已经成型的整套框架，从头搭建、反复调试、交叉比对验证。很多个周末与节假日，他都守在实验室和电脑前。白天泡在实验室，做膜材料制备、开展水处理性能验证；深夜，对着屏幕调试仿真模型。用真实的实验数据校准模型边界条件，再拿着模型给出的预判，反过来设计下一轮对照实验。

　　一次次满怀期待，又一次次迎来结果相悖的挫败。无数次复盘排查干扰因素，不断修正原有认知，在失败的循环里一点点拨开迷雾。就在这样往复迭代中，谜底终于慢慢浮现：孔径缩小确实可以加快污染物传质效率，但同时会造成孔道内部电流、电压分布严重不均，反过来拖累整体反应效率。传质增益和电流分布恶化二者相互制衡，电催化膜性能因此出现奇妙的 “火山型” 变化，存在一个性能最优的孔径窗口 —— 约 7 μm 的孔径，可在 55 秒内实现 94% 硝酸盐去除，动力学性能是 80 μm 大孔径膜的 2.5 倍，而孔径进一步缩小到 4 μm，性能反而下降。

　　依托大量实验‑模拟迭代，康宇阳搭建起这套电催化膜多物理场模型，厘清了孔径‑传质‑反应效率三者的内在逻辑，为可持续水处理用电催化膜的构效关系研究补上关键一环。

　　模型赋能：从机理发现，迈向水处理设计新范式

　　在此之前，电催化膜研发高度依赖试错。科研人员只能批量合成不同孔径的膜，靠大量实验筛选参数，周期长、物料消耗大，研发成本居高不下。康宇阳搭建的模型，打通了机理认知到电催化膜设计之间的桥梁。一方面，它可以在计算机中预判不同孔径条件下的废水处理效能，省去大量重复性试错实验；另一方面，还可以反向输出最优的结构参数，指导电催化膜的定向优化设计。

　　依托这套全新的研究范式，他继续拓展研究边界，将这套机理与模拟方法迁移到纳米限域电催化膜、高盐难降解工业污染物处理等更多场景。理论层面，完善了限域空间条件下电催化反应的科学认知，填补了电催化膜孔径‑反应关系的研究空白；工程层面，为高盐工业废水治理提供重要理论工具，有望帮助工艺研发减少实验消耗、缩短开发周期，为电化学水处理技术后续走向规模化实际应用筑牢理论根基。

　　如今，他已带着这份“孔道哲学”走向更广阔的水处理前沿。而他的故事也在提醒每一位年轻的科研人：重要的发现，往往始于一次“不对劲”，成于一场“不放过”。