气相成核前驱体促进甲磺酸成核分子机制的计算模拟

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21876024
  • 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:
    B0601.理论环境化学
  • 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

The contribution of H2SO4-driven nucleation to the atmospheric particle formation will be decreased once strict control on SO2 emission is performed at the global scale. This will increase the relative contribution of methanesulfonic acid (MSA)-driven nucleation to the atmospheric particle formation. Therefore, MSA-driven nucleation has become an important atmospheric chemical physics process that deserves an urgent attention. In view of the scientific perspective, the enhancing mechanism of potential nucleation precursors including ammonia, amines, organic acid with low molecule-weight, highly oxidized multifunctional organic compounds (HOMs) and water on MSA nucleation is key scientific issues for understanding MSA-driven nucleation. This project tries to proceed by analyzing the internal relationship between structural character of clusters and important parameters involved in MSA-driven nucleation. A joint calculation of concentration of nucleation precursors, thermodynamic parameters of the clusters with important parameters (concentration distribution, growth pathway and formation rate of the cluster) involved in the nucleation is performed by using quantum chemical calculation and atmospheric cluster dynamics code (ACDC). Accordingly, the enhancing mechanism of the nucleation precursors on MSA-driven nucleation and the role of nucleation precursors can be revealed. In addition, based on revealed results, the relationship between the structure of nucleation precursor and their enhancing effect on MSA-driven nucleation will be discussed. The results will be significant for identifying nucleation precursors with high enhancing potential, understanding the contribution of MSA-driven nucleation on atmospheric particle formation and enriching the nucleation theory.
硫酸成核对大气颗粒物形成的贡献将随着SO2排放严格管控的实施而下降,这使得甲磺酸(MSA)驱动成核对大气颗粒物形成的相对贡献得以增强,成为亟待重视的大气物理化学过程。从科学层面来看,潜在气相成核前驱体(氨气、有机胺、低分子量有机酸、高度氧化多官能团有机物及水)促进MSA成核的分子机制是理解MSA驱动成核的关键。本项目拟通过解析MSA驱动成核所涉及团簇的结构特性和成核过程重要参数(团簇浓度分布、生长路径及形成速率)的内在关联开展研究。采用量子化学计算和大气团簇动力学模型相结合的方法,实施成核前驱体浓度、团簇结构特性决定的形成自由能与成核过程重要参数的关联计算,据此确定潜在成核前驱体促进MSA成核的分子机制,阐明成核前驱体在MSA驱动成核中的作用;探讨成核前驱体促进MSA成核的结构-效应关系。结果对于辨识高效促进MSA成核前驱体、评价MSA成核对大气颗粒物形成的贡献及丰富成核理论具有重要意义。

结项摘要

揭示有机胺等潜在成核前驱体促进MSA成核的分子机制和动力学,对于全面评价MSA成核对大气颗粒物形成的贡献具有重要意义。本项目采用量子化学计算和大气团簇动力学模型相结合的方法,以有机胺促进MSA驱动成核贡献大气颗粒物为主线,首先研究代表性有机胺(甲胺、二甲胺和乙醇胺)与MSA二元成核的分子机制和动力学,发现有机胺促进MSA成核的潜力受气相碱性、氢键形成能力和基团空间位阻三者共同调控。基于对有机胺促进MSA成核机制的理解,构建用于预测有机胺促进MSA成核潜力的定量构效关系(QSAR)模型,并应用该模型筛选出具有最强促进潜力的有机胺物种——胍(Gud)。此外,通过探究甲胺和二甲胺协同参与MSA成核的分子机制和动力学发现,相同浓度条件下混合胺-MSA三元成核速率低于二甲胺-MSA二元成核速率。最后,评估大气中常见的有机酸促进MSA-有机胺成核的潜力,发现甲酸的促进潜力最强,揭示甲酸通过“催化”作用促进MSA-有机胺成核。.综上,项目成果揭示了代表性有机胺促进MSA驱动成核的分子机制与动力学;构建了能够高效预测有机胺促进MSA成核潜力的QSAR模型;阐明了不同有机胺之间的“协同效应”对MSA驱动成核的影响;探讨了大气中有机酸对MSA与有机胺成核的促进作用,达到了课题预期目标。研究成果在国际重要学术期刊Environmental Science & Technology (4篇)、Atmospheric Chemistry and Physics (1篇)、Science of the Total Environment (1篇)、Journal of Environmental Sciences (1篇)和Atmosphere (1篇)上共发表论文8篇。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Role of hydrogen bond capacity of solvents in reactions of amines with CO2: A computational study
溶剂氢键能力在胺与 CO2 反应中的作用:计算研究
  • DOI:
    10.1016/j.jes.2020.01.019
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Environmental Sciences
  • 影响因子:
    6.9
  • 作者:
    Wang Tingting;Xie Hong-Bin;Song Zhiquan;Niu Junfeng;Chen De-Li;Xia Deming;Chen Jingwen
  • 通讯作者:
    Chen Jingwen
Piperazine Enhancing Sulfuric Acid-Based New Particle Formation: Implications for the Atmospheric Fate of Piperazine
哌嗪促进硫酸基新颗粒的形成:对哌嗪在大气中的归宿的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.est.9b02117
  • 发表时间:
    2019-08-06
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Ma, Fangfang;Xie, Hong-Bin;Vehkamaki, Hanna
  • 通讯作者:
    Vehkamaki, Hanna
Tri-Base Synergy in Sulfuric Acid-Base Clusters
硫酸碱簇中的三碱协同作用
  • DOI:
    10.3390/atmos12101260
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Atmosphere
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Xie Hong-Bin;Elm Jonas
  • 通讯作者:
    Elm Jonas
Structural Effects of Amines in Enhancing Methanesulfonic Acid-Driven New Particle Formation
胺在增强甲磺酸驱动的新颗粒形成中的结构效应
  • DOI:
    10.1021/acs.est.0c05358
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Shen Jiewen;Elm Jonas;Xie Hong-Bin;Chen Jingwen;Niu Junfeng;Vehkamäki Hanna
  • 通讯作者:
    Vehkamäki Hanna
Amine-Enhanced Methanesulfonic Acid-Driven Nucleation: Predictive Model and Cluster Formation Mechanism.
胺增强甲磺酸驱动成核:预测模型和簇形成机制。
  • DOI:
    10.1021/acs.est.2c01639
  • 发表时间:
    2022-05
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Liu Yu;Xie Hong-Bin;Ma Fangfang;Chen Jingwen;Elm Jonas
  • 通讯作者:
    Elm Jonas

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AI项目解读示例

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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