基于分子氧还原活化的甲烷低温直接催化转化

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91545108
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    77.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0202.催化化学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Given its tremendous abundance and availability, hydrocarbon gas mixture consisting primarily of methane has been considered a future alternative source for chemicals and materials in the post-oil era. The purpose of this project is to develop new catalytic routes for methane valorization. The objectives of this research were: 1) explore and develop new innovative processes that can deliver direct and selective catalytic conversion of methane to produce methanol; 2) demonstrate the feasibility to directly produce value-added methyl formate and its derivatives from simple feedstocks comprising methane and HCOOH. Special efforts will be dedicated to three aspects: investigate the catalytic behavior of the nanocomposite catalysts comprising both “metal” and “acid/base” surface species recently developed by our group for the selective reductive transformation of nitrobenzene using methane as the convenient and energy-efficient hydrogen source, establish several catalytic systems capable of producing value-added chemicals directly using methane as feedstock based on the concept of reductive activation of molecular O2, and conduct reaction/kinetic studies for understanding the essential physico-chemical aspects of the relevant processes. Efforts will also be directed to gain insight into the influence of metal dispersion, metal-support interactions, surface acidity/basicity and redox properties on the activity, selectivity and stability of the catalysts, understanding the mechanistic pathways involved in the relevant processes, exploiting the concepts of catalyst designing, seeking and fabricating new efficient catalytic system for methane valorization, thus providing the essential knowledge and skill required to develop a technically and economically feasible process.
以甲烷为主要成分的碳资源储量极其丰富,被认为是“后石油时代”的重要替代资源。本项目旨在寻求和发展甲烷直接转化新途径和新策略。拟以探索和开发甲烷直接制甲醇新工艺为目标,筛选和创制高性能催化体系;针对甲烷直接转化制甲醇及甲酸甲酯等高值化学品,探究本研究团队近年发展的具有“金属”及“表面酸/碱”等多活性位集成的复合催化材料的活性和选择性变化规律;建立以分子氧还原活化的甲烷直接制高值化学品的催化体系,研究其中的催化物理化学特点。系统认识催化剂表面多活性中心微/纳尺度上的协同/集成与甲烷直接制甲醇活性、选择性和稳定性的关系,催化体系中金属分散状态和金属-载体相互作用与甲烷活化或选择氧化反应的活性、选择性和稳定性的关系。明确相关催化反应体系的催化活性和选择转化作用的机理,拓展催化剂设计理念,发现和创制甲烷增值利用的高效催化体系,为发展相应催化新技术提供理论指导和科学基础。

结项摘要

本项目遵循采用分子氧(O2)还原活化策略实现甲烷低温直接转化总体思路,重点围绕具有“金属”及“表面酸/碱”等多活性位集成的复合催化材料的构建、O2还原活化制过氧化氢(H2O2)及甲烷与相关烃类化合物低耗直接转化等核心科学问题开展深入研究。在揭示并阐明相关功能材料催化O2还原活化制H2O2及后续甲烷及相关烃类直接羟化等过程的性能调控规律、反应机理和相关体系中金属-载体协同作用机制等方面进行了探索。针对O2还原活化制H2O2,发展了基于甲酸(HCOOH)及甲酸盐等为还原剂的高效H2O2直接合成体系,可有效避免传统氢氧直接合成面临的安全性低及与后续选择氧化反应直接集成困难等缺点。发展了TiO2等氧化物负载Au高效金属催化剂,通过金属与载体相互作用的调控,实现了在无外源助剂温和条件下以O2为氧源的H2O2直接清洁合成,H2O2合成效率高达665 h-1。针对甲烷等低碳烃在O2/HCOOH体系中的直接选择氧化,设计合成了Au/TiO2与钛硅分子筛的高效复合催化材料,两种组元间的协同作用(Au/TiO2组元的H2O2直接合成,钛硅分子筛组元的H2O2活化与甲烷转化)可有效活化O2、HCOOH与甲烷等分子,加快反应速率,获得高达7.7 mmolCH3OH(KgAuh)-1的初始甲醇合成速率。针对苯等重要芳烃基本化工原料的直接临氧转化,设计合成了仅基于Au/TiO2的简单负载金属催化剂,通过调控相关催化剂的表面酸碱特性、结构组成和H2O2生成与后续转化路径分析,高选择性获得收率达6%的苯酚产物,催化剂可多次连续使用不失活,具有较好的稳定性。上述利用O2还原活化策略实现甲烷低温直接制甲醇等若干临氧催化转化新体系的建立与发现,不仅开创了H2O2直接合成的新方法,对甲烷等碳基资源的低耗增值利用以及进一步发展相关环境友好新工艺可望起到良好的推动作用。

项目成果

期刊论文数量(13)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Direct Synthesis of Pyrroles via Heterogeneous Catalytic Condensation of Anilines with Bioderived Furans
苯胺与生物呋喃多相催化缩合直接合成吡咯
  • DOI:
    10.1021/acscatal.6b02953
  • 发表时间:
    2017-02-01
  • 期刊:
    ACS CATALYSIS
  • 影响因子:
    12.9
  • 作者:
    Tao, Lei;Wang, Zi-Jian;Cao, Yong
  • 通讯作者:
    Cao, Yong
Gold supported on zirconia polymorphs for hydrogen generation from formic acid in base-free aqueous medium
氧化锆多晶型物负载金用于在无碱水介质中从甲酸产生氢气
  • DOI:
    10.1016/j.jpowsour.2016.08.056
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF POWER SOURCES
  • 影响因子:
    9.2
  • 作者:
    Bi, Qing-Yuan;Lin, Jian-Dong;Cao, Yong
  • 通讯作者:
    Cao, Yong
Promoted hydrogen generation from formic acid with amines using Au/ZrO2 catalyst
使用 Au/ZrO2 催化剂促进甲酸与胺的产氢
  • DOI:
    10.1016/j.ijhydene.2016.09.150
  • 发表时间:
    2016-12-14
  • 期刊:
    INTERNATIONAL JOURNAL OF HYDROGEN ENERGY
  • 影响因子:
    7.2
  • 作者:
    Bi, Qing-Yuan;Lin, Jian-Dong;Cao, Yong
  • 通讯作者:
    Cao, Yong
Highly Chemoselective Reduction of Nitroarenes Using a Titania-Supported Platinum-Nanoparticle Catalyst under a CO Atmosphere
在 CO 气氛下使用二氧化钛负载的铂纳米粒子催化剂对硝基芳烃进行高度化学选择性还原
  • DOI:
    10.1002/cjoc.201600715
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Chinese Journal of Chemistry
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Li Shushuang;Wang Fuzerong;Liu Yongmei;Cao Yong
  • 通讯作者:
    Cao Yong
Highly selective supported gold catalyst for CO-driven reduction of furfural in aqueous media
用于水介质中 CO 驱动的糠醛还原的高选择性负载金催化剂
  • DOI:
    10.1016/s1872-2067(16)62458-0
  • 发表时间:
    2016-10-01
  • 期刊:
    CHINESE JOURNAL OF CATALYSIS
  • 影响因子:
    16.5
  • 作者:
    Dong, Jing;Zhu, Mingming;Wang, Yangdong
  • 通讯作者:
    Wang, Yangdong

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其他文献

Pt-Ir-Y系化合物的结构稳定性研究
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2015
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  • 发表时间:
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    --
  • 发表时间:
    --
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
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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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