基于量子化学DFT计算的镍催化CO2高效转化反应机理与立体选择性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21906049
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0601.理论环境化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

About 40 billion tons of CO2 are discharged into the atmosphere every year, which will lead to global warming and other environmental problems. Using catalytic transformation to directly and efficiently convert CO2 into high value-added chemicals can not only reduce the emissions of CO2, but also realize the green resources utilization of CO2. As CO2 is difficult to be transformed due to its chemical inertness, the recently developed Nickel-catalyzed reductive cross-coupling between an electrophile and CO2 gives full play to the roles of the transformation of CO2 in this respect, which provides new insight into the highly efficient catalytic transformation of CO2 in atmosphere. However, the in-depth theoretical study on these reactions is lacking. There are only proposed mechanisms and the origins of stereoselectivities still remain unclear, which make it difficult to rationally design new efficient and selective catalysts. In this project, density functional theory (DFT) is proposed to use for the theoretical study on the detailed mechanisms and the origins of stereoselectivities for several novel reactions involving reductive carboxylation of CO2 in atmosphere by Ni catalysts. Through exploring the lowest-energy reaction pathways and studying the transition states and reactive intermediates involved in these reactions, the detailed reaction mechanisms and the origins of stereoselectivities will be established to enable the verification and prediction of experimental results, and an effective theoretical basis and scientific support will be provided for discovering new reactions and designing new efficient catalysts in the future, so that improving the experimental efficiency and reducing experimental cost as required by green chemistry. The project is expected to promote the development of new processes for catalytic transformation of CO2.
全球每年约400亿吨CO2被排放到大气中,导致气候变暖等环境问题。利用催化将CO2直接并高效转化为高附加值的化学品,既可减少CO2排放量,又可实现CO2绿色资源化利用。由于CO2的结构决定其难以被转化,镍催化CO2还原羧化则能很好的解决这一难题,为大气中CO2高效转化提供新思路。但这类反应缺乏理论上的深入研究,反应机理仅停留在推测阶段,立体选择性的根源尚未明确,导致设计新型高效、高选择性CO2催化转化催化剂及开发更有针对性的新反应存在较大的障碍。故本项目拟采用DFT计算方法对镍催化CO2还原羧化反应机理与立体选择性进行理论研究,通过全面、直观解析过渡态和中间体的结构与能量,阐明优势反应途径,揭示立体选择性的根源,指导并预测实验结果,为设计新型高效催化剂及开发新反应提供有效的理论依据和科学支撑,同时提高反应效率,降低成本,减少环境污染,实现绿色化学。本项目有望推动CO2催化转化新工艺的发展。

结项摘要

全球每年约400亿吨CO2被排放到大气中,导致气候变暖等环境问题。利用催化将CO2直接高效转化为高附加值化学品,既减少CO2排放量,又实现CO2绿色资源化利用。但CO2的结构决定其难以被转化,镍催化CO2还原羧化则能很好的解决这一难题,为CO2高效转化提供新思路。而这类反应缺乏理论上的深入研究,反应机理仅停留在推测阶段,立体选择性的根源尚未明确,导致设计新型高效、高选择性催化剂及开发更有针对性的新反应存在较大障碍。本项目通过DFT理论计算,系统深入的研究镍催化CO2还原羧化反应机理与立体选择性,定性与定量地分析结构的成键特征及其变化,直观、全面解释其实验现象,确立优势反应途径,揭示立体选择性的起源,阐明控制反应活性的关键因素,从本质上认识反应过程及其微观机理,得到所研究反应的普遍规律。为设计新型催化剂及开发新反应提供有效的理论依据和科学支撑,同时可提高反应效率,降低实验成本,减少环境污染,实现绿色化学,从理论上推动了CO2催化转化新工艺的发展。项目资助期间已发表SCI论文15篇,其中第一或通讯作者论文7篇,国际顶级期刊Chemical Society Reviews综述论文1篇(IF: 60.615),IF>10.0论文6篇,已申请国家发明专利2项。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Mechanistic views and computational studies on transition-metal-catalyzed reductive coupling reactions
过渡金属催化还原偶联反应的机理观点和计算研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Society Reviews
  • 影响因子:
    46.2
  • 作者:
    Abing Duan;Fengjiao Xiao;Yu Lan;Linbin Niu
  • 通讯作者:
    Linbin Niu
Enhanced short chain fatty acids production from anaerobic fermentation of primary sludge using free ammonia pretreatment
使用游离氨预处理提高初沉污泥厌氧发酵短链脂肪酸的产量
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Journal of Cleaner Production
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Jiamin Zhang;Dongbo Wang;Xiaoming Li;Xuran Liu;Qi Yang;Qiuxiang Xu;Guojing Yang;Abing Duan;Yingchun Fang
  • 通讯作者:
    Yingchun Fang
Achieving simultaneous hydrogen evolution and organic pollutants degradation through the modification of Ag3PO4 using Cs2AgBiBr6 quantum dots and graphene hydrogel
利用Cs2AgBiBr6量子点和石墨烯水凝胶对Ag3PO4进行修饰,实现同时析氢和有机污染物降解
  • DOI:
    10.1007/s11738-018-2707-7
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Separation and Purification Technology
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Zhuo Chen;Xiaoming Li;You Wu;Abing Duan;Dongbo Wang;Qi Yang;Yingchun Fan
  • 通讯作者:
    Yingchun Fan
Lignocellulosic biomass carbonization for biochar production and characterization of biochar reactivity
用于生物炭生产的木质纤维素生物质碳化和生物炭反应性表征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Renewable and Sustainable Energy Reviews
  • 影响因子:
    15.9
  • 作者:
    Fanzhi Qin;Chen Zhang;Guangming Zeng;Danlian Huang;Xiaofei Tan;Abing Duan
  • 通讯作者:
    Abing Duan
Adjusting charge kinetics of conjugated polymers via integration of LSPR effect with homojunction
通过局域表面等离子体共振效应与同质结的结合来调节共轭聚合物的电荷动力学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Mingjuan Zhang;Lin Tang;Abing Duan;Yi Zhang;Fengjiao Xiao;Yuan Zhu;Jiajia Wang;Chengyang Feng;Nian Yin
  • 通讯作者:
    Nian Yin

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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