相比于甲烷水合物，硫化氢水合物热力学、动力学方面的基础研究还比较缺乏，而自然界的天然气水合物往往是多种气体的混合物（如含有硫化氢、二氧化碳），相关基础研究与环境、能源问题密切相关。针对硫化氢水合物的微观特征及热力学稳定性问题，深海极端模拟实验室蒋磊团队通过采用熔融毛细硅管原位观测和激光拉曼光谱技术相结合的方法完成两项研究成果，分别发表于《ACS Omega》和《Chemical Engineering Journal》。
过冷度对微孔隙内水合物的形成特征有较大的影响，高过冷条件下毛细硅管中水-气弯液面会先形成水合物光环，并向两侧生长，水合物以肉眼不可见的微晶、纤维状和针状晶体形态为主；中等过冷条件下水合物晶体以柱状多面体和骨架晶体为主，水合物的转化率要低于高过冷条件；低过冷条件下水合物以块状多面体形态为主，包括立方体和八面体。同时，该研究首次发现微孔隙内水合物能够以“桥接”方式连接。相关研究成果发表于《ACS Omega》，“Crystallization Behavior of the Hydrogen Sulfide Hydrate Formed in Microcapillaries”(DOI: 10.1021/acsomega.1c01051)。文章第一作者为深海所博士研究生孙既粤，通讯作者为蒋磊研究员。
空心水合物“桥接”现象
另外，研究团队测量了H2S水合物在多种电解质溶液中的分解条件。实验结果表明，电解质浓度与抑制效应呈正相关；相同浓度条件下，MgCl2具有最强的抑制效果。在实验数据基础上，该研究建立了相关的热力学模型，准确地预测出H2S水合物在不同电解质溶液中的分解条件，并给出了相应的分解焓。在机理分析方面，通过拉曼光谱手段揭示了电解质通过改变溶液中氢键强度来影响水合物的活度，从而影响水合物的相平衡条件。相关研究成果发表于《Chemical Engineering Journal》，“Experimental measurement and thermodynamic modeling of dissociation conditions of hydrogen sulfide hydrate in the presence of electrolyte solutions”(DOI: 10.1016/j.cej.2021.133821)。文章第一作者为深海所博士研究生孙既粤，共同第一作者为西北大学孙睿教授，通讯作者为蒋磊研究员。
实验方法示意图
实验结果与水合物热力学模型对比结果