甲烷水合物是地球上最大的化石燃料來源，并在氣候變化中發(fā)揮作用。其形成的分子過程尚不為人所知，并進行了大量辯論。在《物理化學(xué)雜志》 B上的一篇論文中，范霍夫分子科學(xué)研究所(HIMS)的研究人員現(xiàn)在可以洞悉甲烷水合物的形成。他們進行了原子尺度的分子模擬，有助于建立關(guān)鍵的熱力學(xué)和動力學(xué)特性。

甲烷氣體和水的混合物會自發(fā)形成固體水合物。這種甲烷水合物自然大量存在于海床和多年凍土中，大大超過了天然氣的儲量。因此，甲烷水合物不僅被視為未來的能源，而且與全球氣候變化也息息相關(guān)。

在自然，適度的條件下通過均相成核形成甲烷水合物的結(jié)晶具有工業(yè)和科學(xué)意義，但仍知之甚少。由于高的成核屏障，在這樣的條件下預(yù)測成核速率非常困難，并且除了精確的分子模型外，還需要增強采樣。

晶體成核率

HIMS研究小組“計算化學(xué)”的Arjun Wadhawan和Peter Bolhuis使用有效的過渡界面采樣技術(shù)，現(xiàn)在以280 K和500 bar的特定條件為重點，利用精確的原子力場預(yù)測了準確的成核速率。他們計算出每秒每厘米3數(shù)百個晶核的晶體成核速率。該數(shù)字與附近條件下的實驗估計值一致，盡管由于預(yù)測對精確的模擬設(shè)置非常敏感，所以這很可能是偶然的。盡管如此，這項工作表明，現(xiàn)在有可能計算甲烷水合物的比率處于中等過飽和狀態(tài)，而不依賴于力場以外的任何假設(shè)。這將有助于未來的研究，旨在了解天然水合物，改善材料的合成并制定溶解策略。