理学院王江老师分别于2024年7月和10月在国际期刊《ACS Omega》 (SCIE，IF 3.7, JCR Q2) 上共发表三篇高水平科研论文，揭示了页岩气在极端条件下的一些列物理输运特征和化学燃烧特性。

论文《Shale Gas Nanofluid in the Curved Carbon Nanotube: A Molecular Dynamics Simulation Study》（https://doi.org/10.1021/acsomega.4c03659）研究了页岩气（甲烷）气体在弯曲纳米通道中的吸附和输运行为。弯曲纳米通道广泛存在于多孔和曲折的材料中，页岩基质就是一个显著的例子。页岩基质的曲折性显著影响页岩气的行为，对天然气采收工程具有重要意义。

在此项研究中，王江等人采用分子动力学模拟（MD）研究了由弯曲单壁碳纳米管（SWCNT）形成的曲折纳米通道中的曲率和半径对甲烷气体流体吸附和传输性能的影响。研究结果表明，SWCNT的内半表面，其特征是负曲率，表现出增强的甲烷吸附。甲烷在更直更窄的通道中表现出更高的流速，而在更宽的通道中表现出更高的流量。非零流速改变了吸附强度，导致外半部分超过内半部分。此外，入口附近的垂直速度脉冲诱导湍流涡流，减慢切向流速。

论文《Methane Adsorption and Transport in Tortuous Slit-like Nanochannels: A Molecular Simulation Study》（https://doi.org/10.1021/acsomega.4c06969）研究了页岩气（甲烷）在由弯曲石墨烯片构成的弯曲狭缝状纳米通道中的吸附和传输特性。

研究结果表明，曲折通道的曲率影响甲烷的吸附，凸面表现出强吸附，而凹面表现出弱吸附，纳米流放大了凸面和凹面之间吸附效应的差异。此外，纳米流速度在弯曲通道内分布不均匀，在入口和外表面附近观察到更高的切向流速。王江等人还在仿真结果中观察到了甲烷流体的“弹跳效应”，纳米流不仅沿通道切向移动，而且在内壁和外壁之间弹跳。窄通道中的甲烷表现出更快的切向流速和更高的弹跳频率，但通量更小；大曲率通道相较于小曲率的通道具有更短的通道长度，其中甲烷传输切向速度和通量都更小。

两项研究成果有助于理解弯曲介质以及碳纳米管中的页岩气纳米流的特性，并为模拟更普遍的非直线纳米流提供启发。

论文《A Study of the Methane Oxidation Mechanism and Reaction Pathways Using Reactive Molecular Simulation and Nonlinear Manifold Learning》 （https://doi.org/10.1021/acsomega.4c07094）中，王江等人采用反应分子动力学模拟（ReaxFF）研究了不同温度和甲烷/氧气条件下甲烷氧化的早期机制。分析并揭示了不同条件下物种数量、初始反应时间和主要反应/分子谱的明显变化。值得注意的是，在所有模拟中都观察到甲烷的完全氧化（FOM）和部分氧化（POM），其中FOM在高温和贫燃料条件下占优势，而POM在低温和富燃料环境中占优势。此外，利用非线性流形学习技术从反应状态空间中提取的二维流形可以确定控制反应路径的两个复合变量。这项研究加深了对不同条件下甲烷氧化初始阶段机制的系统理解。

王江简介：王江于2011年本科毕业于中国科学技术大学物理系，2011年至2018年博士就读于美国伊利诺伊大学香槟分校（UIUC），2018-2020年于美国莱斯大学进行博士后工作，主要的研究内容是使用分子动力学模拟，高性能计算，机器学习的方法，对生物，化学，物理等复杂体系进行研究，比如蛋白质折叠问题，胶体粒子的自组装问题，页岩气的吸附、输运、燃烧等。 研究成果多次在Nature Communications, PNAS, JACS, ACS Central Science 等期刊上发表。王江老师在2024年一年内共发表SCI论文5篇，积极带动了理学院科研氛围。