该研究的主要作者为Traci Y. Sylva（来自美国夏威夷大学马诺阿分校海洋与地球科学技术学院的Hawaii Natural Energy Institute和Environmental Science International Inc.）、Christopher K. Kinoshita（同属Hawaii Natural Energy Institute）以及Stephen M. Masutani（Hawaii Natural Energy Institute）。研究论文《Inhibiting effects of transition metal salts on methane hydrate stability》发表于2016年的《Chemical Engineering Science》期刊。
本研究属于化学工程与海洋能源交叉领域，聚焦于天然气水合物（methane hydrate）的稳定性调控问题。天然气水合物是由水分子通过氢键形成的笼状晶体结构包裹甲烷等气体分子构成的非化学计量化合物。上世纪30年代，天然气水合物被认为是导致油气管道堵塞的主要因素，由此引发了对水合物抑制技术的持续研究。传统抑制剂（如醇类和盐类）通过热力学作用改变水合物形成的相平衡条件，但存在用量大、成本高及环境问题。近年来，过渡金属盐对水合物稳定性的影响机制尚不明确，而海洋环境中普遍存在此类金属离子（如Fe、Mn、Cu等），这促使研究者系统评估过渡金属盐的抑制效果，以期为海底天然气开采和输送中的流动安全保障提供理论依据。
研究采用差示扫描量热法（differential scanning calorimetry, DSC）分析水合物分解温度。实验系统由TA Instruments多池MDSC为核心构建（图1），配备0.5 mL哈氏合金样品池和40 MPa高压供气系统。选用的盐类包括：六水合三氯化铁（[FeCl₂(H₂O)₄]Cl·2H₂O）、无水三氯化铁（FeCl₃）、硫酸锰（MnSO₄）、硫酸亚铁（FeSO₄）、硫酸铜（CuSO₄）、硝酸银（AgNO₃），并以氯化钠（NaCl）和氯化钙（CaCl₂）作为基准抑制剂。各盐溶液按0.5-3.94 mol%浓度梯度制备，使用分析天平（精度0.0001g）称量配制。实验流程包含三个关键步骤：(1) 样品池在298 K至243 K以2 K/min冷却并恒温30分钟确保完全结晶；(2) 以0.25 K/min速率缓慢加热至298 K记录分解过程；(3) 每个测试重复至少两次温度循环。通过分析热流曲线的吸热峰拐点确定水合物分解起始温度（图2插入部分），误差控制在±0.5 K内。
研究获得以下关键结果：在相同摩尔浓度下，各盐类抑制效果排序为FeSO₄＜CuSO₄＜MnSO₄＜AgNO₃＜CaCl₂＜NaCl＜FeCl₃（表1）。三氯化铁表现最显著，2 mol%浓度可使水合物分解温度降低7.6 K（5.51 MPa下），而3.94 mol%时完全抑制水合物形成（图5）。相比之下，含硫酸根盐类（FeSO₄、CuSO₄）抑制效果较弱，0.5 mol%时甚至出现反常促进现象（分解温度升高0.3-0.5 K）。数据对比显示（图3，4），DSC测定结果与Sloan和Koh（2008）及de Roo等（1983）的文献值高度吻合。图6进一步揭示阴离子尺寸效应：含较小氯离子（1.81 Å）的盐比含较大硫酸根离子的盐具有更强抑制性；同时三价铁离子（Fe³⁰⁺，半径0.49 Å）比二价金属离子（如Mn²⁺ 0.83 Å）显示出更显著效果。
结论指出，盐类抑制能力与阴阳离子的电荷密度直接相关。高价态小半径阳离子（如Fe³⁺）与水分子的离子-偶极键更强，更有效破坏水分子网络结构；而大体积阴离子（如SO₄²⁻）由于空间位阻效应削弱抑制作用。该机制补充了Sabil等（2010）提出的”阳离子电荷决定论”，同时与Lu等（2001）关于阴离子主导作用的观点形成辩证统一。研究创见性在于首次系统量化过渡金属盐的抑制效能排序，并为开发新型复合抑制剂提供理论指导——通过调控离子价态与尺寸组合可精准设计抑制剂分子结构。
本研究的突出价值体现在三方面：(1) 方法学创新：建立高压DSC快速评估水合物稳定性的标准化流程，解决传统方法中过冷度干扰难题；(2) 理论突破：阐明离子-偶极相互作用是盐类抑制的本质机制，提出”电荷-尺寸协同效应”模型；(3) 应用潜力：对深海天然气开采中金属腐蚀防护和抑制剂筛选具有直接指导意义，特别针对含铁、锰等过渡金属离子的海洋环境。研究缺陷在于未拓展更高浓度（＞4 mol%）下的抑制规律，未来可结合分子动力学模拟深入探究离子水合层结构与水合物晶格的竞争机制。
研究亮点包括：①发现FeCl₃在3.94 mol%浓度下的完全抑制现象；②首次报道过渡金属盐可能存在低浓度促进效应；③建立包含7种金属盐的抑制效能数据库。这些发现为理解天然气水合物在复杂电解质溶液中的相行为提供了新认知，同时为开发环境友好型抑制剂开辟新思路。