二维MXene材料的放射性重金属核素吸附及辐照损伤特性的理论研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    11705010
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    郭寻
  • 依托单位：
    北京应用物理与计算数学研究所
  • 学科分类：
    A3001.粒子束与物质相互作用
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2017
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The disposing technology of nuclear waste is one of the most important problems in the healthy sustainable development process of nuclear energy science. The key factor is how to separate the valuable long half-life radioactive heavy metal nuclide from spent fuel, for the purpose of recycling or storing. The present project will adopt newly emerging two dimensional MXene monolayers as adsorption materials for radioactive heavy metal nuclides. The adsorption properties of uranium and plutonium on various kinds of MXene monolayers, such as Ti2C, V2C, Sc2C, and Nb2C, as well as their passivated forms, will be systematically investigated by using computational simulation with density functional theory, ab-initio molecular dynamics and quantum transportation method. Including feasibility analysis of using MXene monolayers as adsorption materials for radioactive heavy nuclides; Structure stability and properties changing after saturated adsorption; Irradiation damage effect induced by radioactive decay; Possible factor which could influence the adsorption behavior and whether the adsorption process is controllable. The present work will provide a new solution for the disposing and reprocessing industry of nuclear waste, and promote the development and application of these newly emerging two dimensional materials.
放射性核废料的后处理技术，一直是核能科学健康可持续发展过程中急需解决的重要问题之一。其中的关键环节，在于如何将长半衰期放射性重金属核素从核废料中分离出来，从而实现回收再利用或永久封存。本项目拟采用新型二维MXene材料作为放射性重金属核素的吸附材料，并通过计算机模拟的方式，从多个层面，结合第一性原理，量子分子动力学，量子输运等方法，对包括Ti2C、V2C、Sc2C和Nb2C在内的多种二维MXene材料，及其表面钝化产物的铀/钚等放射性重金属核素吸附特性进行系统研究。主要包括：将MXene用于放射性重金属吸附的可行性分析；饱和吸附之后MXene的结构稳定性以及性质变化；放射性核素的衰变对MXene的辐照损伤效应及损伤后的吸附效率变化；吸附行为受到哪些因素影响，吸附过程是否具有选择性与可控性等。预期这些研究工作将为核废料的后处理过程提供理论预测，并推动这种新型二维材料的发展与应用。

结项摘要

放射性核废料的后处理技术，一直是核能科学健康可持续发展过程中急需解决的重要问题之一。其中的关键环节，在于如何将长半衰期放射性重金属核素从核废料中分离出来，从而实现回收再利用或永久封存。本项目采用新型二维MXene材料作为放射性重金属核素的吸附材料，并通过计算机模拟的方式，从多个层面，结合第一性原理，量子分子动力学，量子输运等方法，对Ti2C、V2C、Cr2C这三种二维MXene材料，及其表面钝化产物的铀/钚等放射性重金属核素吸附特性进行系统研究，并重点研究了MXene材料抗辐照特性和铀吸附特性研究。研究结果标明，Ti2C和V2C均具备较好的结构稳定性和抗缺陷产生能力，且在存在辐照损伤缺陷的情况下依然保持了较好的铀吸附能力，因此比较适合用于辐照环境下的放射性核素后处理过程。此外，本项目还以二维石墨烯体系为代表，通过第一性原理结合非平衡格林函数的方法，研究辐照损伤缺陷对二维材料电子输运特性的影响影响规律。计算结果表明，缺陷对二维材料的电流-漏源电压曲线的影响明显受到缺陷构型和尺度的调控，该研究成果为二维材料的辐照损伤程度及缺陷种类判断提供了一条全新的思路。以上成果进一步推动了新型二维材料在核能等领域的实际应用。

项目成果

期刊论文数量（17）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（2）
Deep learning inter-atomic potential model for accurate irradiation damage simulations
用于精确辐照损伤模拟的深度学习原子间势模型
  • DOI：
    10.1063/1.5098061
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    Applied Physics Letters
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Hao Wang;Xun Guo;Linfeng Zhang;Han Wang;Jianming Xue
  • 通讯作者：
    Jianming Xue
Origin of nonequilibrium 1/fnoise in solid-state nanopores
固态纳米孔中非平衡 1/f 噪声的起源
  • DOI：
    10.1039/c9nr09829a
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Nanoscale
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Su Shihao;Guo Xun;Fu Yanjun;Xie Yanbo;Wang Xinwei;Xue Jianming
  • 通讯作者：
    Xue Jianming
Electronic transport properties of graphene with Stone-Wales defects and multiple vacancy chains: a theoretical study
具有斯通威尔士缺陷和多个空位链的石墨烯的电子传输特性：理论研究
  • DOI：
    10.1016/j.apsusc.2020.147347
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Applied Surface Science
  • 影响因子：
    6.7
  • 作者：
    Wang Hao;Wang Yihan;Bai Bin;Guo Xun;Xue Jianming
  • 通讯作者：
    Xue Jianming
A semi-classical model for the charge exchange and energy loss of slow highly charged ions in ultrathin materials
超薄材料中慢速高电荷离子的电荷交换和能量损失的半经典模型
  • DOI：
    10.1063/1.5110931
  • 发表时间：
    2019-07
  • 期刊：
    MATTER AND RADIATION AT EXTREMES
  • 影响因子：
    5.1
  • 作者：
    Xun Guo;Yanjun Fu;Xitong Zhang;Xinwei Wang;Yan Chen;Jianming Xue
  • 通讯作者：
    Jianming Xue
Uranium adsorption on two-dimensional irradiation resistant MXenes from first-principles calculations
根据第一性原理计算二维耐辐照 MXene 上的铀吸附
  • DOI：
    10.1016/j.cplett.2020.137444
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Chemical Physics Letters
  • 影响因子：
    2.8
  • 作者：
    Yihan Wang;Jianming Xue;Ge Nie;Xun Guo
  • 通讯作者：
    Xun Guo

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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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