气体/水界面处甲烷水合物的成核、生长和解离的原位研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21803012
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0304.化学动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Methane hydrates, also called combustible ice, are crystalline compounds of guest molecules trapped in hydrogen-bonded water cages. They are formed under conditions of low temperature and high pressure and considered as the alternative energy of petroleum and natural gas in the future. Meanwhile, there are abundant reserves of methane hydrates in the seafloor of the south China sea and east China sea and the permafrost of qinghai-tibet plateau and northeast China. However, there is a difficult problem to resolve urgently, namely how to effectively exploit and utilize them while avoiding their destructive impact on the environment. A basic problem that is closely related to it but not yet understood is the kinetics of the nucleation, growth and dissociation of combustible ice. Because methane gas is extremely difficult to dissolve in water, it is difficult for combustible ice to nucleate and grow from such aqueous solutions. Therefore, the nucleation and growth of methane clathrates is likely to be initiated from the gas/water interface, which is different from conventional crystallization. Thus, the traditional bulk detection technology is difficult to study the dynamic processes. Our homemade sum-frequency vibrational spectrograph which has interface selectivity and submonolayer sensitivity is a unique analytical tool for studying this problem. We plan to use this technique for studying interfacial nucleation and growth of methane clathrates and finding the key factors that promote or inhibit their kinetics. These information is not only the new research direction of basic surface science, but also has high practical value that meets the strategic needs of serving our country.
甲烷水合物是在高压低温条件下由甲烷分子嵌入水分子连成的笼状结构而形成的晶体,是可燃冰的主要成分,被认为是未来石油、天然气的替代能源,在我国南海、东海海床及青藏高原、东北的冻土等地区储量丰富。然而,对其有效开采和利用同时避免其对环境的破坏性影响是当前急需解决的难题。与之紧密相关但尚未了解的基本问题是可燃冰的成核、生长及晶格融化的动力学过程。因为甲烷气体极难溶于水,可燃冰难以从体相中成核、生长,因此与常规的晶体结晶过程不同,甲烷水合物很有可能在气液界面处进行这些动力学过程。如此,传统的体相探测技术就难以对其动力学过程进行研究。我们实验室自行搭建的和频振动光谱具有亚分子层的界面灵敏性,是研究该问题的有效实验手段。我们计划利用该手段来探索在界面处可燃冰形成的微观动力学过程、找到促进或抑制其动力学过程的关键因素。这些信息不仅是基础表面科学研究的全新方向,更具有很高的实用价值,契合服务国家的战略需求。

结项摘要

甲烷水合物作为一种储量巨大、分布广泛的清洁能源而备受关注。围绕固态的甲烷水合物的开采、以水合物形式储运天然气、氢气等一系列实际问题开展基础科学研究,既具有重大的科学意义,同时对于指导解决实际应用中的问题具有重要价值。然而,甲烷水合物是在界面处进行成核、生长的。传统的体相探测技术难以对其动力学过程进行研究。我们实验室自行搭建的和频振动光谱具有亚分子层的界面灵敏性,是研究该问题的有效实验手段。在气液界面对界面水分子的氢-氧伸缩振动模式随温度、压强的变化关系进行研究,揭示了水合物成核的微观结构演化过程。实验中首次观测到了成核过程中的新结构——甲烷-水复合体。进一步的实验研究表明这一结构直接决定了甲烷水合物的成核、生长过程。而且,甲烷-水复合体的存在解释了水合物生长的“记忆效应”现象。我们还使用了自制的成像系统研究了三种不同固体表面的气体水合物形成的过程。发现OTS覆盖率低的熔融石英表面比高疏水性表面更迅速地诱导甲烷水合物的形成。然而,亲水性的固体表面却阻止了水合物的形成。我们用和频振动光谱原位研究了诱导时间内疏水和亲水固/液界面处甲烷水复合物的原位演化,发现疏水性固/液界面对甲烷-水体系具有催化作用,使甲烷-水复合物在室温下就能形成。然而,在亲水性固/液界面处没有形成复合物,这解释了为什么该界面会抑制水合物的形成。 DFT 计算表明,甲烷-水复合物由 5^12CH4笼子构成。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Nucleation and dissociation of methane clathrate embryo at the gas-water interface
甲烷包合物胚在气水界面的成核与解离
  • DOI:
    10.1073/pnas.1912592116
  • 发表时间:
    2019-11-19
  • 期刊:
    PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA
  • 影响因子:
    11.1
  • 作者:
    Liang, Rongda;Xu, Huijie;Tian, Chuanshan
  • 通讯作者:
    Tian, Chuanshan

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

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

        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]
      
关闭
close
客服二维码