高溫高壓條件下碳氫化合物的合成

《高溫高壓條件下碳氫化合物的合成》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由姜樹清擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：高溫高壓條件下碳氫化合物的合成
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：姜樹清
• 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院

項目摘要

高溫高壓條件下碳氫化合物的合成研究對人們深入了解物質在極端條件下的物性，揭示有機物的來源方面有著重要意義，這一研究也不斷推動著高溫高壓實驗技術的發展。然而，前人實驗研究中由於溫度-壓力條件較低，僅合成了CH4和C2H6兩種有機物，其合成條件和反應機制的研究也不完善；此類實驗中溫度的同步測量和生成物的原位鑑定兩大技術難題沒有得到解決。本項目擬利用先進的高溫高壓原位拉曼光譜測量平台對碳氫化合物的合成展開研究。具體包括：1、拓展極端實驗條件範圍至0-30 GPa，300-3000 K，利用更高壓力，溫度條件合成多種碳氫化合物；2、利用先進系統實現對溫度、壓力精確測量和生成物的原位鑑定；檢驗已知低溫低壓條件下CH4兩種合成路徑及其區間，探索極端壓力下可能存在的其他合成機制；確定C2H6的合成條件和機制，以及複雜碳氫化合物合成過程中的奇特物理化學行為，建立溫度-壓力-生成物的一一對應關係。

結題摘要

碳氫有機化合物的合成研究有許多重要的意義，首先在地球形成早期，有機物的出現是生命產生的前提，“化學進化論”作為一種生命起源學說需要實驗證據的支持；其次隨著化石燃料的日漸枯竭，在許多油氣井中出現了油氣再生的現象，化石燃料的“無機”起源再次引起人們關注；確定碳氫有機物合成所需的壓力溫度條件，對於確定化石燃料在上地幔的形成、分布和演化以及全球範圍內的碳循環也有重要意義。 在本項目中，我們以無機碳和水、氫為前驅物，結合金剛石對頂砧裝置和雷射加熱技術，在高溫高壓條件下進行了碳氫有機化合物的合成研究，壓力溫度至30 GPa-2000 K，在不同條件下合成了甲烷、乙烷為代表的多種烷、烯、炔類有機化合物，有力證明了“化學起源說”，確定了無機物在地幔高壓高溫的環境中能夠轉變為豐富的碳氫有機物。並對不同前驅物、不同溫壓條件對合成有機物的種類進行了系統研究，發現了有機物合成的普遍規律：最佳合成壓力溫度條件為1-7 GPa，1500 K左右，對應上地幔約40 Km的深度；以無機碳和水為前驅物，在富碳的環境中多碳有機物（比如乙烷）更容易被合成，在多水環境中烷類有機物（比如甲烷）更容易被合成，而經過長時間的充分加熱，烯、炔類都能夠被直接合成出來；以無機碳和氫為前驅物，多種複雜的烷類有機物被大量合成出來。 這些合成條件和合成機制的研究，對我們深入了解地球內部碳氫有機化合物的來源、分布等有重要的指導意義，對解決目前化石燃料日漸枯竭的問題也有參考意義。