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張軍教授團隊在天然氣水合物理論研究方面取得重要進展
發佈時間:2020-09-29 15:14:38點擊數:字號:
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會議報告人 審核人 蔣大森
學術報告 簡介

【菜鳥集運自提點】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《探祕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,廣泛分佈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,全球分佈廣泛,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説,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道和出版。

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。

論文鏈接://www.pnas.org/content/early/2020/09/16/2011755117

【 作者:劉玉麗 單寶來 來自:材料科學與工程學院 科技處  責任編輯:姜洪明 審核:蔣大森】

【菜鳥集運自提點】

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