王 敏，徐 刚，蔡 晶，李小森，徐纯刚†

（1.中国科学院广州能源研究所，广州 510640；2.中国科学院天然气水合物重点实验室，广州 510640；3.广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室，广州 510640；4.中国科学技术大学纳米科学技术学院，江苏 苏州 215000；5.中国科学技术大学 工程科学学院，合肥 230026）

0 前 言

在国民经济发展以及人们日常生活中，能源矿石资源占有十分重要地位。预计到二十一世纪后期，世界上石油、天然气等常规油气资源将会耗尽，人类将会面临着能源枯竭的危险[1]。鉴于此，各国研究人员正致力于寻找新型的可替代能源。天然气水合物（natural gas hydrate,NGH）因具有储量大、分布广、能量密度高等优点，被认为是化石资源最好的替代选择。气体水合物是由小客体分子如甲烷（CH4）、氮气（N2）或二氧化碳（CO2）在特定的温度和压力条件下与水分子共同形成的笼状晶体化合物。水分子作为水合物的主体分子，彼此通过氢键相互作用构成多面体状的笼型结构，气体分子被包裹在笼孔中，通过分子间力使其具有热力学稳定性。由于温压条件以及客体分子的物理化学特性的不同，天然气水合物呈现出不同的结构。当前的气体水合物主要有三种结构：结构I（sI）、结构II（sII）和结构H（sH）[2]。在纯水体系中形成的CH4和CO2水合物主要是sI 水合物，即每个水合物晶胞由约46个水分子组成8 个笼子，其中大笼子为51262结构，小笼子为512结构，大小笼子个数比率为3∶1。在自然界中，天然气水合物主要为甲烷水合物，其广泛赋存于大陆边缘的深海沉积物和永冻土区中。……