近日，湖北工业大学土木建筑与环境学院、中国-埃塞俄比亚土木工程绿色建造与智能运维“一带一路”联合实验室（筹）在先进水泥基材料领域取得重要突破。团队提出了一种“氢键调控质子转移策略”，成功制备出具有正电荷和无序结构的质子化氢氧化钙前驱体（CHP_H⁺），实现了对水泥水化产物成核与生长过程的精准调控。相关工作以“Protonated portlandite precursor unlocks enhanced nucleation and growth for cement hydration”为题，发表于国际学术期刊《自然·通讯》（Nature Communications）。我校贺行洋教授、杨进教授以及武汉理工大学李能研究员为共同通讯作者，博士生曾景义为论文第一作者，我校为第一完成单位。

氢氧化钙（CH）是水泥水化过程中的重要产物，对水泥基材料微结构演化和宏观性能具有重要影响。然而，CH具有典型的层状晶体结构，其各向异性生长行为以及与水化硅酸钙（C-S-H）之间界面相容不足，限制了水泥基材料性能的进一步提升。长期以来，如何重构水泥水化产物成核与生长路径、优化CH晶体形貌，并增强CH与C-S-H界面相容性，成为水泥材料领域亟待突破的关键科学问题。

针对上述问题，研究团队提出了一种氢键调控质子转移策略，通过机械化学方法制备出具有正电荷和无序结构的质子化氢氧化钙前驱体（CHP_H⁺）。该前驱体表面可形成高活性的≡Ca-OH₂⁺位点，有效降低水化产物成核能垒，增强对[SiO_₄]⁴⁻的吸附能力，促进水化硅酸钙（C-S-H）的成核与生长。同时，具有结构无序特征的CHP_H⁺作为分子模板，可调控CH晶体形貌与空间分布，改善传统CH晶体各向异性生长带来的性能限制，实现水化产物结构的精准调控。

研究结果表明，基于CHP_H⁺调控策略制备的水泥基材料表现出显著增强的水化动力学和优异的力学性能。与传统水泥体系相比，引入质子化氢氧化钙前驱体后，水泥水化速率加快，12小时抗压强度提升至对照组的5.4倍。此外，CHP_H⁺诱导形成的CH@C-S-H复合结构有效优化了材料内部微观结构，提高了材料弹性模量，为先进水泥基材料设计提供了新的调控路径。

该研究突破了传统水泥水化过程中水化产物成核与生长难以精准调控的技术瓶颈，提出了通过质子化调控重构水化反应路径的新策略，实现了从原子尺度对水泥基材料微结构演化的主动设计。该成果为水化产物成核与生长调控开辟了新的理论依据和技术路径，有望推动先进与超性能水泥基材料的发展。

研究工作得到国家自然科学基金（U23A20560、52172017）和国家重点研发计划（2025YFE0213000）的支持。

湖北工业大学继续教育学院