WOx修饰的Cu-WOx双功能催化剂结构性质的精细调控及碳水化合物氢解性能与机理研究

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项目介绍
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基本信息

  • 批准号：
    21908164
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.0万
  • 负责人：
    刘成伟
  • 依托单位：
    天津工业大学
  • 学科分类：
    B0811.生物质转化与轻工制造
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The hydrogenolysis reaction is desirable to convert carbohydrates into oxygen-containing liquid fuels and high value-added chemicals by selectively breaking C-C and C-O bonds. Our previous work has revealed that WOx modified metal-WOx bifunctional catalysts could promote the selective hydrogenolysis of glucose. However, there are still many scientific issues which remain unsolved: such as the synergistic effect between metal and the WOx species with different structure and properties (dispersion, valance and acidity), the optimal structure of the bifunctional catalysts, and how to tune the structure and properties of bifunctional catalysts to advance the product selectivity during the hydrogenolysis of carbohydrates.. Based on these issues, series of Cu-WOx/TiO2 bifunctional catalysts are prepared by tuning the structure and properties of WOx (dispersion, valance and acidity). Combining the characterization and experiment results, the structure-performance relationship of the bifunctional catalyst will be revealed. The synergistic mechanism of Cu and WOx on the selective hydrogenolysis of C-C/C-O bonds in carbohydrates (cellulose, sucrose, glucose) will be studied. This project will provide a novel design strategy of the metal-oxophilic oxide bifunctional catalysts for the hydrogenolysis of carbohydrates.
氢解反应，通过选择性的断裂C-C、C-O键，可以将碳水化合物转化为含氧液体燃料和高附加值化学品。申请人在前期研究工作中发现WOx修饰的金属-WOx双功能催化剂对葡萄糖选择性氢解具有促进作用，然而具有不同结构性质（分散度、价态、酸性）的WOx物种与金属之间的协同效应，双功能催化剂的最优结构，以及如何调控双功能催化剂的结构性质以进一步提高碳水化合物氢解产物选择性等科学问题，目前尚未解决。. 针对上述问题，本项目拟从WOx的结构性质（分散度、价态、酸性）的精细调控入手，制备一系列Cu-WOx/TiO2双功能催化剂，并结合表征技术和实验手段揭示双功能催化剂的构效关系，探讨Cu和WOx对碳水化合物（纤维素、蔗糖、葡萄糖等）C-C、C-O键氢解的协同机理。本项目的实施有望为生物质氢解催化转化提供催化剂设计思路，并指导更多的金属和亲氧型氧化物组成的双功能催化剂的开发和应用。

结项摘要

化石资源的巨大消耗造成了严重的能源危机和环境问题，寻找新的可持续发展的清洁能源不仅是亟需解决的科学难题，更是全社会关注的焦点。自然界中生物质基的化合物分子的催化转化，具有为当今社会提供可持续的含氧液体燃料和高附加值化学品的潜力。目前，金属-氧化物这类双功能催化材料被认为是生物质氢解的高效催化剂，而且通过金属和氧化物的协同作用，能够实现生物质分子的一锅串联催化反应。本项目分别以金属有机骨架材料和葡萄糖为碳源，合成具有特殊形貌的碳载体，作为廉价金属和贵金属催化剂的载体。并考察了廉价金属，贵金属，以及金属-金属氧化物对生物质衍生物的氢解性能，并考察了催化剂的结构性质之间的构效关系。本项目以葡萄糖为原料，通过水热的方式制备了水热碳球，作为Ni催化剂的载体。通过调控Ni的含量以及处理条件，制备了具有不同纳米尺寸的Ni催化剂，研究了Ni的尺寸效应。同时通过控制热处理条件，研究了Ni-NiOx之间的协同作用。本项目还以金属有机骨架材料ZIF-8和ZIF-67为模板，制备了具有特殊形貌的碳载体，并通过不同的热处理方式，获得了具有合金结构的PdZn催化剂以及Pd-CoOx催化剂。催化剂的结构对于产物的选择性有重要影响，其中合金结构能够促进催化剂的加氢性能，而Pd-CoOx的协同作用，能够促进催化剂的氢解性能。

项目成果

期刊论文数量（4）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（0）
Hierarchical TiO2 microspheres supported ultrasmall palladium Nanocrystals: A highly efficient catalyst for Suzuki reaction
多级TiO2微球负载超小钯纳米晶：铃木反应的高效催化剂
  • DOI：
    10.1016/j.arabjc.2022.104410
  • 发表时间：
    2022-11
  • 期刊：
    Arabian Journal of Chemistry
  • 影响因子：
    6
  • 作者：
    Shiguang Pan;Cong Gao;Jiatong Gui;Beibei Hu;Lifeng Gai;Changsheng Qiao;Chengwei Liu
  • 通讯作者：
    Chengwei Liu
Insights into the Synergistic Effect in Pd Immobilized to MOF-Derived Co-CoOx@N-Doped Carbon for Efficient Selective Hydrogenolysis of 5-Hydroxylmethylfurfural
深入探讨 MOF 衍生的 Co-CoOx@N 掺杂碳上固定 Pd 对 5-羟甲基糠醛高效选择性氢解的协同效应
  • DOI：
    10.1021/acs.iecr.9b07099
  • 发表时间：
    2020-04-08
  • 期刊：
    INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH
  • 影响因子：
    4.2
  • 作者：
    Shang, Yaning;Liu, Chengwei;Gui, Jianzhou
  • 通讯作者：
    Gui, Jianzhou
Promoting effect of PdZn alloy for selective hydrogenation of 5-hydroxylmethylfurfural: An experimental and density functional theory study
PdZn合金对5-羟甲基糠醛选择性加氢的促进作用：实验和密度泛函理论研究
  • DOI：
    10.1002/qua.26545
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    INTERNATIONAL JOURNAL OF QUANTUM CHEMISTRY
  • 影响因子：
    2.2
  • 作者：
    Liu Chengwei;Shi Yun;Shang Yaning;Wang Xin;Liu Dan;Mamba Bhekie B.;Kuvarega Alex T.;Gui Jianzhou
  • 通讯作者：
    Gui Jianzhou
Hydrothermal carbon-supported Ni catalysts for selective hydrogenation of 5-hydroxymethylfurfural toward tunable products
水热碳载镍催化剂用于 5-羟甲基糠醛选择性加氢制备可调节产品
  • DOI：
    10.1007/s10853-020-05052-0
  • 发表时间：
    2020-07
  • 期刊：
    JOURNAL OF MATERIALS SCIENCE
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Zhang Zhaonan;Liu Chengwei;Liu Dan;Shang Yaning;Yin Xianqiang;Zhang Peng;Mamba Bhekie B.;Kuvarega Alex T.;Gui Jianzhou
  • 通讯作者：
    Gui Jianzhou

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  • 通讯作者：
    Huang Wen-Xiang

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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]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
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