黏土矿物在油气生成过程中的作用和机理油气地球化学领域研究的热点问题。在地层中，黏土矿物和有机质并不是单独存在的，往往以有机黏土复合体（尤其是有机黏土层间复合体）的形式广泛的存在于土壤，沉积物和烃源岩中。而前人的研究忽略了有机质与黏土矿物之间的界面复合作用，难以从分子层面上揭示黏土矿物催化有机质生烃的微观机制。此外，研究证实不同类型的干酪根在热演化行为上存在明显差异，这表明有机质的性质（结构与成分等）也必将影响有机质的热解行为。
刘红梅等人以典型膨胀性黏土矿物蒙脱石为模型矿物，用热重-红外联用技术（TG-FTIR）研究了其与带相同碳链和不同官能团的有机质复合体系中的复合方式（层间/层外复合）、有机质特性（特征官能团）以及矿物自身性质对有机质的热解影响机制。研究结果表明：蒙脱石可以明显降低含羧基有机质（带中长碳链的羧酸和氨基酸）的热解温度，通过其L酸活性位点促使有机质发生脱羧反应生成CO2。而对于烷基胺和季胺盐的热解，蒙脱石则起到延缓作用。蒙脱石的B酸位可以催化含氮有机质发生霍夫曼消除反应。蒙脱石的层间域对上述热解促进作用或热解抑制作用具有增强效应，这与高温反应时蒙脱石的固体酸位主要分布于层间有关。研究认为，黏土矿物的固体酸活性位点是影响有机-黏土复合体中有机质热解的主要因素。并指出，有机质自身所带基团之间的相互作用以及与黏土矿物片层之间的静电作用，黏土矿物层间位阻效应是影响有机-黏土复合体中有机质热稳定性的重要因素。同时提出膨胀性黏土矿物的层间域对有机质的保存和催化作用不容忽视。
图1 蒙脱石（Mt）与12-氨基十二酸（ALA）层间/层外复合体TG-FTIR热解数据（图a,d,f反映热解温度，图b,e,h反映热解产物随温度的变化，图c,f,i反映特征热解阶段的热解产物，图中：ALA为纯有机质，ALA-Mt为有机质-黏土层外复合体，ALAinter-Mt为有机质-黏土层外复合体）
图2 黏土矿物催化含氮有机质发生霍夫曼消除反应机理示意图
该研究成果发表在近期出版的黏土矿物主流期刊《Applied Clay Science》上。
H.M. Liu, P. Yuan*, D. Liu, H.L. Bu, H.Z. Song, Z.H. Qin, and H.P. He.
Pyrolysis behaviors of organic matter (OM) with the same alkyl main chain but di？erent functional groups in the presence of clay minerals [J]. Applied Clay Science, 2018, 153: 205–216.
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S016913171730577X