甲烷水合物均匀成核的速率预测

甲烷水合物是地球上最大的化石燃料来源，并在气候变化中发挥作用。其形成的分子过程尚不为人所知，并进行了大量辩论。在《物理化学杂志》 B上的一篇论文中，范霍夫分子科学研究所(HIMS)的研究人员现在可以洞悉甲烷水合物的形成。他们进行了原子尺度的分子模拟，有助于建立关键的热力学和动力学特性。

甲烷气体和水的混合物会自发形成固体水合物。这种甲烷水合物自然大量存在于海床和多年冻土中，大大超过了天然气的储量。因此，甲烷水合物不仅被视为未来的能源，而且与全球气候变化也息息相关。

在自然，适度的条件下通过均相成核形成甲烷水合物的结晶具有工业和科学意义，但仍知之甚少。由于高的成核屏障，在这样的条件下预测成核速率非常困难，并且除了精确的分子模型外，还需要增强采样。

晶体成核率

HIMS研究小组“计算化学”的Arjun Wadhawan和Peter Bolhuis使用有效的过渡界面采样技术，现在以280 K和500 bar的特定条件为重点，利用精确的原子力场预测了准确的成核速率。他们计算出每秒每厘米3数百个晶核的晶体成核速率。该数字与附近条件下的实验估计值一致，尽管由于预测对精确的模拟设置非常敏感，所以这很可能是偶然的。尽管如此，这项工作表明，现在有可能计算甲烷水合物的比率处于中等过饱和状态，而不依赖于力场以外的任何假设。这将有助于未来的研究，旨在了解天然水合物，改善材料的合成并制定溶解策略。