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徐加放教授在天然气水合物基础理论研究方面取得重要进展
作者:徐加放    发布者:毛剑    发布时间:2020-09-29    访问次数:894

【本站讯】徐加放教授与材料科学与工程学院张军教授、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. USAPNAS, 美国科学院院刊)上发表。逸娱乐登录海洋油气工程2016级研究生李力文为第一作者,徐加放教授、张军教授、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。

天然气水合物储量丰富,广泛分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。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。

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,并首次提出了水合物成核的hydration layer compression/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。该原创性理论研究加深了对于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。

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。

徐加放教授团队采取分子模拟与实验相结合的方法,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与防治、钻井液流变性调控、井壁稳定等开展了卓有成效的应用基础研究工作,提出了“分子石油工程”的概念和设想,为从微纳尺度认识和解决石油工程问题提供了理论依据。

多年来,徐加放教授与张军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。李力文同学硕士阶段师从徐加放教授,博士阶段师从张军教授,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的一步。


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


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