【项目名称】

自然启迪的二氧化碳水热还原产长链烷烃

【项目负责人】

金放鸣

【项目完成人】

金放鸣，何道平，王晓光，杨阳，何润田，钟恒，韩布兴，王野

【项目完成单位】

上海交通大学、中国科学院化学研究所、厦门大学

【项目简介】

石油的主要成分是各种长链烷烃的混合物，其成油机理有生物成油和非生物成油两种学说。生物成因学说较被广为接受，认为石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成，不可再生。非生物成因学说认为石油是由地壳内本身的碳物种生成，可再生且与生物无关，即在地壳或地幔富含氢气的碱性水热流体蛇纹化过程中，碳物种在矿物催化剂的催化作用下加氢生成各种烃类化合物。然而，该学说一直缺乏实验证据，且水热环境如何促进碳链增长亦未知，导致非生物成因学说难于被广泛接受。

另外，生命起源问题一直被认为是现代自然科学的三大难题之一，上世纪八十年代以美国地球化学家 Russell为代表提出了海底生命起源学，然而，同样缺乏实验证据。

金放鸣团队通过构建全新的模拟地壳深部高温高压水热环境的实验方法，以铁粉为还原剂，钴粉为催化剂，在300 ℃和300个大气压下，成功地将二氧化碳/碳酸氢钠水热还原为链长达二十四碳的烷烃及烯烃。研究发现了钴金属在碳酸氢根存在下的水热自修复稳定机制，打破了钴遇水即失活的传统认知，重新认识了钴的催化性能。利用新开发的高温高压水热原位红外揭示了零价钴与铁表面羟基物种对反应中间体一氧化碳的吸附与氢化偶联的协同作用。

该成果为石油的非生物成因学说提供了关键的实验证据和机理阐释，发展了油气地质理论，为旧油田油气的无机可再生与预测未来油气勘探的靶区提供理论依据。同时，长链烷烃的水热合成为原始脂质体细胞的出现提供重要的前驱体分子，推动了生命起源热液理论的发展，有助于理解地球化学如何向生物化学进化演变。进一步，为利用二氧化碳人造石油大规模合成提供了新途径，将石油变为可再生资源提供了可能。

国际著名海底生命起源学说创始人Michael J. Russell教授在《PNAS》对该跨学科研究发表了专题评述，称该研究“冲击并连接了一些跨学科的努力，对化学工业和地球化学理论都很重要”。如此涉及石油成因、生命起源解谜以及气候变化的二氧化碳循环利用的跨越研究，可望为探索人类何去何从终极问题做贡献。