近日，上海交通大学环境科学与工程学院金放鸣教授研究团队在全球顶级综合性学术期刊之一《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）在线发表了题为“Hydrothermal synthesis of long-chain hydrocarbons up to C₂₄ with NaHCO₃-assisted stabilizing cobalt”的论文，首次报道了通过模拟地壳高温高压水热环境，利用铁钴金属将碳酸氢钠还原为长链烷烃，并被选为亮点文章作重要评述。上海交通大学为第一完成和通讯单位，合作单位和作者包括中国科学院化学研究所韩布兴院士与厦门大学王野教授。

     石油被称为“工业的血液”，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（主要以碳酸氢根形式存在）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。

    面对这一重大科学问题，金放鸣研究团队通过模拟地球蛇纹石铁钴矿的组成和水热环境，以一般铁粉为还原剂，钴粉为催化剂，在300度和300个大气压下，成功地将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，碳酸氢根不仅充当碳源，还促进钴氧化物的还原，原位生成高活性的钴纳米片催化中心，突破了化工领域钴遇水即失活这一长期难解决的瓶颈问题。利用新开发的高温高压水热原位红外观察表明，零价钴的存在促进铁表面羟基物种的生成，二者的协同作用增强反应中间体一氧化碳的吸附，有利于其进一步氢化偶联，生成长链烷烃。

    该工作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，不仅为证实该学说提供了重要的支撑，还为人类在未来使用人工石油、将石油变为可再生资源提供了可能；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，为新型自然启迪的人造石油大规模合成提供了新途径，特别是利用非贵金属水热自修复稳定机制来高效催化二氧化碳还原产高附加值多碳化合物，有望推动“双碳”技术布局，加速地球碳循环。

该研究得到国家重点研发计划（2018YFC0309800，2017YFC0506004），国家自然科学基金重点项目（21436007），国家自然科学基金（21978170），上海市自然科学基金（19ZR1424800），上海交通大学“深蓝计划”（SL2020MS022）和青年教师启动计划等项目的资助。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2115059118