1月10日，上海交通大學2024年科技工作會議在閔行校區(qū)召開，會議期間舉行了第三屆上海交通大學“十大科技進展”頒獎儀式，上海交通大學校長丁奎嶺為10個入選項目團隊負責人頒發(fā)獲獎證書。我院金放鳴教授團隊科研成果入選“十大科技進展”。

    【項目名稱】

    自然啟迪的二氧化碳水熱還原產(chǎn)長鏈烷烴

    【項目負責人】

金放鳴

    【項目完成人】

    金放鳴、何道平、王曉光、楊陽、何潤田、鐘恒、韓布興、王野

    【項目簡介】

    石油的主要成分是各種長鏈烷烴的混合物，其成油機理有生物成油和非生物成油兩種學說。生物成因學說較被廣為接受，認為石油是古代海洋或湖泊中的生物經(jīng)過漫長的演化形成，不可再生。非生物成因學說認為石油是由地殼內(nèi)本身的碳物種生成，可再生且與生物無關，即在地殼或地幔富含氫氣的堿性水熱流體蛇紋化過程中，碳物種在礦物催化劑的催化作用下加氫生成各種烴類化合物。然而，該學說一直缺乏實驗證據(jù)，且水熱環(huán)境如何促進碳鏈增長亦未知，導致非生物成因學說難于被廣泛接受。

    另外，生命起源問題一直被認為是現(xiàn)代自然科學的三大難題之一，上世紀八十年代以美國地球化學家Russell為代表提出了海底生命起源學，然而，同樣缺乏實驗證據(jù)。

    金放鳴團隊通過構建全新的模擬地殼深部高溫高壓水熱環(huán)境的實驗方法，以鐵粉為還原劑，鈷粉為催化劑，在300 °C和300個大氣壓下，成功將二氧化碳/碳酸氫鈉水熱還原為鏈長達二十四碳的烷烴及烯烴。研究發(fā)現(xiàn)了鈷金屬在碳酸氫根存在下的水熱自修復穩(wěn)定機制，打破了鈷遇水即失活的傳統(tǒng)認知，重新認識了鈷的催化性能。利用新開發(fā)的高溫高壓水熱原位紅外揭示了零價鈷與鐵表面羥基物種對反應中間體一氧化碳的吸附與氫化偶聯(lián)的協(xié)同作用。

    該成果為石油的非生物成因學說提供了關鍵的實驗證據(jù)和機理闡釋，發(fā)展了油氣地質理論，為舊油田油氣的無機可再生與預測未來油氣勘探的靶區(qū)提供理論依據(jù)。同時，長鏈烷烴的水熱合成為原始脂質體細胞的出現(xiàn)提供重要的前驅體分子，推動了生命起源熱液理論的發(fā)展，有助于理解地球化學如何向生物化學進化演變，進一步為利用二氧化碳人造石油大規(guī)模合成提供了新途徑，將石油變?yōu)榭稍偕Y源提供了可能。

    國際著名海底生命起源學說創(chuàng)始人Michael J. Russell教授在《PNAS》對該跨學科研究發(fā)表了專題評述，稱該研究“沖擊并連接了一些跨學科的努力，對化學工業(yè)和地球化學理論都很重要”。如此涉及石油成因、生命起源解謎以及氣候變化的二氧化碳循環(huán)利用的跨越研究，可望為探索人類何去何從終極問題作貢獻。