近日，崂山实验室研究人员在深海极端环境非生物有机合成领域取得重要突破，首次在低温条件下发现存在大量甲酸盐。相关研究成果以“Quantitative in situ Raman monitoring of formation of abundant formate during the hydrogenation of carbon dioxide”（《原位定量监测CO2氢化反应过程中大量甲酸盐的存在》）为题，在线发表于《Science Bulletin》（《科学通报》）。研究成果由崂山实验室联合中国科学院海洋研究所、中国科学院南海海洋研究所研究人员共同完成。

　　二氧化碳氢化反应（CO2 hydrogenation，CDH）是以CO2和H2为初始反应物在催化剂作用下合成碳氢化合物等有机分子的一种反应。此外，CDH反应在以深海超基性岩热液系统（如大西洋Lost City热液区）为代表的地质环境中广泛存在，是非生物成因有机质一种重要的合成途径。传统实验多基于高温高压密闭反应釜进行，通过降温冷却进行最终产物分析，但受限于设备无法实时追踪反应中间态，导致甲酸盐等有机分子的生成路径长期存疑。

　　本研究以镍铁矿粉末和水作为初始反应物，通过自主研发的拉曼光谱定量分析体系和热液反应原位监测系统，首次实现30MPa压力、200-320℃温度区间内CDH反应过程中CO2，H2、CH4的全过程原位定量分析（图1）。原位拉曼光谱显示，热液环境下CDH反应过程中产生明显的甲酸盐的拉曼特征峰。基于建立的甲酸盐拉曼定量分析方法表明，较以往报道的甲酸盐浓度高出两个数量级。通过进一步结合热力学计算、微区分析，甲酸盐作为甲烷生成的关键中间体，证实了深海热液系统存在高效无机-有机转化路径。研究人员通过对比不同温度下各组分的原位浓度，结果显示，甲酸盐生成呈现显著温度依赖性，在温度≤230℃时，反应体系可稳定维持甲酸盐高浓度状态。当温度＞230℃时，甲酸盐迅速转化为甲烷，最终产物中未检测到残留（图2）。此发现揭示温度梯度对有机分子稳定性的关键调控作用。

　　基于冥古宙时期CO₂分压超10MPa的地球化学背景，本研究提出：热液喷口附近的对流作用促使CDH反应生成甲酸盐向低温区域扩散，结合酸性条件，会形成富甲酸层，可能为前生命化学演化提供了持续有机质供给。