可燃冰！石大張軍教授團隊新成果在《PNAS》上發表！
2020-10-04 中國石油大學華東
近日，我校材料科學與工程學院張軍教授團隊與石油工程學院徐加放教授，以及賓夕法尼亞大學Joseph S. Francisco教授、內布拉斯加大學林肯分校曾曉成教授合作，在天然氣水合物基礎理論研究方面取得重要進展，相關研究論文《探秘甲烷水合物成核路徑》（Unraveling nucleation pathway in methane clathrate formation）在Proc.Natl.Acad.Sci. USA（PNAS,美國國家科學院院刊）發表。我校材料科學與工程學院2019級博士生李力文為第一作者，賓夕法尼亞大學博士後鍾傑為共同第一作者。張軍教授、徐加放教授、Joseph S. Francisco教授和曾曉成教授為共同通訊作者，中國石油大學（華東）為第一署名單位。
天然氣水合物儲量豐富，廣泛分布於深海沉積物或陸域永久凍土中。因其外觀像冰一樣且遇火即可燃燒，所以又被稱作「可燃冰」。由於 其資源密度高，全球分布廣泛，因此具有極高的資源價值，是油氣工業界長期關注的熱點 。多年來，科研工作者致力於天然氣水合物形成、置換以及調控機理的探索，這些研究為天然氣水合物的勘探開發、儲存以及輸運提供了重要的理論指導，其中水合物的成核過程作為其形成及開發最為關鍵的步驟，更是聚焦了科學界廣泛的關注。
由於水合物成核過程具有時間、空間的不確定性，且成核現象發生在微納尺度，因此，水合物成核機理的研究面臨極大挑戰。目前，儘管一些國際知名學者提出了幾種成核機制假說，解釋了部分成核規律和現象，但仍然存在成核路徑不明確、成核驅動力不清晰、成核時間難以理論預測等問題。鑑於此，該研究通過分子動力學模擬和先進採樣技術相結合的方法，發現了甲烷水合物成核存在特定的演化路徑，識別了該演化路徑中的關鍵結構，並進一步通過分析關鍵結構的來源，明確了水合物成核的驅動力，同時首次提出了水合物成核的「hydration layercompression/shedding」（水化層壓縮/剝離）機制，為從微觀尺度預測成核時間及臨界核大小提供了思路。
審稿專家對成果給予高度評價，一致認為該原創性理論研究加深了對天然氣水合物形成的認知，推進了天然氣水合物成核理論的發展。
《美國國家科學院院刊》（PNAS）作為美國國家科學院的官方科學雜誌，是與Nature、Science齊名，世界上最負盛名的基礎科學領域的學術雜誌之一。自1914年創刊至今，PNAS提供具有高水平的前沿研究報告、學術評論、學科回顧及前瞻、學術論文以及美國國家科學學會學術動態的報導和出版。
張軍教授團隊立足石油工程領域，從材料學的視角，藉助多尺度模擬技術，深入研究石油工程領域的若干基礎科學問題，圍繞天然氣水合物開發、微納尺度油氣滲流、注氣開發提高油氣採收率等開展了卓有成效的跨學科研究工作，先後主持/參與國家重點研發計劃、國家基金重點/面上/青年項目、中石油重大專項等20餘項；在Nat. Comm.、Nano Letters、ACS Nano、Small、J. Mater. Chem. A等期刊發表SCI收錄論文130餘篇，為老油田的深度開發、非常規油氣藏的有效開採提供了理論支撐。
多年來，張軍教授、徐加放教授長期保持密切合作，持續開展學科交叉的基礎和應用基礎研究。李力文同學碩士師從徐加放教授，博士師從張軍教授，實現了「石油+材料」跨學科的接力培養。同時，與賓夕法尼亞大學Joseph S. Francisco院士和內布拉斯加大學林肯分校曾曉成教授展開合作，經過3年的聯合攻關，在水合物基礎理論研究方面形成突破，也在學科交叉、國際合作方面邁出重要一步。
論文連結：
https://www.pnas.org/content/early/2020/09/16/2011755117
來源：創造太陽新聞網
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