综述：海底盐渍沉积物中纳米结构封装控制CO2水合物储存的综述：封存、稳定性及规模化应用助力脱碳

（编辑推荐）本综述系统探讨了纳米材料（如MOFs、碳纳米管）在海底盐渍沉积物中封装CO2水合物的前沿进展，揭示了其通过吸附/吸收、扩散及疏水作用等机制增强储存稳定性，并指出规模化应用需克服环境压力与成本挑战。

　　

摘要

纳米结构封装技术为海底盐渍沉积物中CO₂水合物的可控储存提供了创新解决方案。通过碳纳米管、金属有机框架（MOFs）等纳米材料构建的封装体系，可显著提升CO₂在固态基质中的稳定性，优化水合物形成条件。然而，海底高压、低温及盐度波动环境对材料兼容性提出严峻挑战。研究表明，纳米材料的尺寸、纹理及表面化学性质（如亲/疏水性修饰）直接影响水合物成核速率和储存容量，而纳米材料-表面活性剂协同效应可进一步降低界面张力（IFT）。

引言

CO₂水合物在2–4°C、10.0 MPa以上的深海环境中可形成稳定晶体结构，其密度接近液态CO₂，避免上浮泄漏风险。海底盐渍沉积物的高孔隙度为水合物储存提供了理想场所，但需纳米封装技术解决动态环境下的长期稳定性问题。例如，MOFs的限域效应可抑制水合物分解，而石墨烯氧化物通过增强气体扩散提升储存效率。

纳米封装核心机制

吸附与限域效应：MOFs的微孔结构通过物理吸附捕获CO₂分子，而碳纳米管的疏水内壁促进水分子有序排列，加速笼型结构形成。
界面工程：生物启发设计（如红细胞仿生胶囊）通过模拟细胞膜结构调控气体渗透性，延长水合物寿命。

挑战与创新

环境适应性：挪威北海实地试验显示，纳米硅胶在高压下可维持水合物稳定性，但低温导致的材料脆性仍需优化。
可控释放：刺激响应材料（如pH敏感聚合物）能按需触发CO₂释放，但需平衡释放速率与结构完整性。

结论

纳米封装技术将CO₂水合物储存效率提升至184倍（STP条件），但规模化应用需解决材料成本、生态风险评估等问题。未来研究方向包括分级封装架构开发及原位监测技术集成，以推动全球脱碳目标实现。