合金单晶材料的电子结构新理论:超原子晶体

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21873001
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    65.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Chemical bonding is the soul of chemistry, which gives "the sense of chemistry" to chemist, and so the structure and properties of complex molecules and solids can be understood. However, the geometric and electronic structures of metal can only be roughly described by metallic bond, that is, the free valence electrons are shared by metallic cations. The metal clusters with magic electronic numbers keep high stability. They are defined as superatoms due to their similar electronic structures and chemical reaction properties as simple atoms. Super valence bond (SVB) model further extend the superatom concept, which points out that two superatoms could compose a superatomic molecule by sharing electron pairs. In this project, we will extend SVB theory to the study of alloy crystal. We think that alloy crystal can be seen as superatomic crystal composed by superatom clusters via superatom-superatom bonding. Firstly, we will develop the method for the chemical bonding analysis of solid. Then, the idea of superatomic crystal will be verified by using Cu5Zn8 alloy crystal as test case. Finally, this method will be extended to general cases. The language of chemical bond is pulled in the area of alloy crystal by superatomic crystal model, and the geometry and properties of alloy can be understood by "the sense of chemistry", which can give scientific explanation to this engineering issue.
化学键是化学的灵魂,它给了化学家“化学感觉”,从而可以直观地理解各种复杂分子及原子晶体的结构及性质。而金属的几何及电子结构往往只能通过金属键进行泛泛地描述,即金属阳离子共享自由流动的价电子。具有幻数电子数的金属团簇表现出很高的稳定性,并具有与简单原子类似的电子结构及化学反应特性,可以看做一个超原子。超级共价键理论进一步拓展了超原子模型,认为超原子团簇可以通过共用电子对成键,构成超原子分子。本项目拟把超级共价键理论从金属团簇拓展到合金单晶材料中,认为合金单晶可以看做由超原子团簇通过超原子成键构成的超原子晶体。本项目首先搭建周期性体系成键分析平台,然后以Cu5Zn8单晶固体为突破口,验证超原子晶体理论,最后再拓展到一般合金单晶材料。超原子晶体模型把化学键的语言引入合金单晶研究领域,通过“化学感觉”理解其结构性质,从而为这一工程问题提供科学理论指导。

结项摘要

超原子这一概念吸引了物理化学家的广泛兴趣。基于超原子模型,金属团簇中的价电子可以自由地在整个团簇中离域,而团簇整体可以看作一个超级原子,其在电子结构及化学反应等方面都与对应的简单原子类似。超原子概念把元素周期表被从二维扩展到三维,从而大大丰富了化学的内涵。我们在前期工作中提出了超级共价键理论,认为电子并不会在整个团簇中离域,而是分属于多个超级原子,并且超级原子之间通过共享电子对形成超级共价键。本项目进一步发展、完善了超级共价键理论,提出了多超原子分子、超原子间的多中心键等模型。建立了超原子晶体模型,并且把该理论拓展到共轭大π体系中,建立了2D超原子分子模型。目前,超级共价键理论已为理论化学界所认可。在本项目的资助下,在NSR, JPCL, Nanoscale等国内外主流学术期刊发表SCI论文37篇,毕业博士2人、硕士11人。

项目成果

期刊论文数量(37)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Prediction of an Al4C4 superatom organic framework (SOF) material based on the superatom network model
基于超原子网络模型的Al4C4超原子有机骨架(SOF)材料预测
  • DOI:
    10.1039/d1cp02798k
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Yi Jiuqi;Gong Bingbing;Xu Chang;Zhang Wenhua;Cheng Longjiu
  • 通讯作者:
    Cheng Longjiu
New insight into the electronic structure of SiF4: synergistic back-donation and the eighteen-electron rule
对 SiF4 电子结构的新见解:协同反馈和十八电子规则
  • DOI:
    10.1039/d2cp01607a
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Phys. Chem. Chem. Phys.
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Haoran Wang;Panpan Wu;Zhenyu Wu;Lili Shi;Longjiu Cheng
  • 通讯作者:
    Longjiu Cheng
The Covalent Au(I)-Au(I) Bond in (AuF)(n) (n=2-4): A Perspective to Understand the Closed-Shell Au(I)...Au(I) Interaction
(AuF)(n) (n=2-4) 中的共价 Au(I)-Au(I) 键:了解闭壳 Au(I)...Au(I) 相互作用的视角
  • DOI:
    10.1021/acs.inorgchem.1c03151
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Inorganic Chemistry
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yu Xinlei;Li Dan;Wang Kun;Xia Tao;Xu Chang;Wu Zhenyu;Cheng Longjiu
  • 通讯作者:
    Cheng Longjiu
A modified dynamic lattice searching method for structural optimization of metal oxide clusters
金属氧化物团簇结构优化的改进动态晶格搜索方法
  • DOI:
    10.1016/j.chemphys.2021.111097
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Chemical Physics
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Di Wei;Wen Ma;Xia Wu;Longjiu Cheng
  • 通讯作者:
    Longjiu Cheng
Multiple d-d bonds between early transition metals in TM2Lin(TM = Sc, Ti) superatomic molecule clusters
TM2Lin(TM = Sc, Ti) 超原子分子簇中早期过渡金属之间的多个 d-d 键
  • DOI:
    10.1039/d0nr05480a
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Nanoscale
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Zhou Yichun;Yu Xinlei;Cheng Longjiu
  • 通讯作者:
    Cheng Longjiu

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    蔡文生,邵学广,

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共轭大π体系的二维超原子分子理论
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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

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          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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