可燃冰!石大张军教授团队新成果在《PNAS》上发表!

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  原标题:可燃冰!石大张军教授团队新成果在《PNAS》上发表!

  来源:中国石油大学华东

  

  近日,我校材料科学与工程学院张军教授团队石油工程学院徐加放教,以及宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco教授、内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授合作,在天然气水合物基础理论研究方面取得重要进展,相关研究论文《探秘甲烷水合物成核路径》(Unraveling nucleation pathway in methane clathrate formation)在Proc.Natl.Acad.Sci. USA(PNAS,美国国家科学院院刊)发表。我校材料科学与工程学院2019级博士生李力文为第一作者,宾夕法尼亚大学博士后钟杰为共同第一作者。张军教授、徐加放教授、Joseph S. Francisco教授和曾晓成教授为共同通讯作者,中国石油大学(华东)为第一署名单位。

  

可燃冰!石大张军教授团队新成果在《PNAS》上发表!

  

  天然气水合物储量丰富,广泛分布于深海沉积物或陆域永久冻土中。因其外观像冰一样且遇火即可燃烧,所以又被称作“可燃冰”。由于其资源密度高,全球分布广泛,因此具有极高的资源价值,是油气工业界长期关注的热点。多年来,科研工作者致力于天然气水合物形成、置换以及调控机理的探索,这些研究为天然气水合物的勘探开发、储存以及输运提供了重要的理论指导,其中水合物的成核过程作为其形成及开发最为关键的步骤,更是聚焦了科学界广泛的关注。

可燃冰!石大张军教授团队新成果在《PNAS》上发表!

  由于水合物成核过程具有时间、空间的不确定性,且成核现象发生在微纳尺度,因此,水合物成核机理的研究面临极大挑战。目前,尽管一些国际知名学者提出了几种成核机制假说,解释了部分成核规律和现象,但仍然存在成核路径不明确、成核驱动力不清晰、成核时间难以理论预测等问题。鉴于此,该研究通过分子动力学模拟和先进采样技术相结合的方法,发现了甲烷水合物成核存在特定的演化路径,识别了该演化路径中的关键结构,并进一步通过分析关键结构的来源,明确了水合物成核的驱动力,同时首次提出了水合物成核的“hydration layercompression/shedding”(水化层压缩/剥离)机制,为从微观尺度预测成核时间及临界核大小提供了思路。

  

  审稿专家对成果给予高度评价,一致认为该原创性理论研究加深了对天然气水合物形成的认知,推进了天然气水合物成核理论的发展。

  《美国国家科学院院刊》(PNAS)作为美国国家科学院的官方科学杂志,是与Nature、Science齐名,世界上最负盛名的基础科学领域的学术杂志之一。自1914年创刊至今,PNAS提供具有高水平的前沿研究报告、学术评论、学科回顾及前瞻、学术论文以及美国国家科学学会学术动态的报道和出版。

  

  张军教授团队立足石油工程领域,从材料学的视角,借助多尺度模拟技术,深入研究石油工程领域的若干基础科学问题,围绕天然气水合物开发、微纳尺度油气渗流、注气开发提高油气采收率等开展了卓有成效的跨学科研究工作,先后主持/参与国家重点研发计划、国家基金重点/面上/青年项目、中石油重大专项等20余项;在Nat. Comm.、Nano Letters、ACS Nano、Small、J. Mater. Chem. A等期刊发表SCI收录论文130余篇,为老油田的深度开发、非常规油气藏的有效开采提供了理论支撑。

  多年来,张军教授、徐加放教授长期保持密切合作,持续开展学科交叉的基础和应用基础研究。李力文同学硕士师从徐加放教授,博士师从张军教授,实现了“石油+材料”跨学科的接力培养。同时,与宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco院士和内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授展开合作,经过3年的联合攻关,在水合物基础理论研究方面形成突破,也在学科交叉、国际合作方面迈出重要一步。

  

  论文链接:

  https://www.pnas.org/content/early/2020/09/16/2011755117

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