EAGER: Low-temperature Coupling of Methane Surrogates over Single Atom Catalysts: Elucidation of Elementary Reactions for C-C Bond Formation

EAGER:单原子催化剂上甲烷替代物的低温偶联:阐明 C-C 键形成的基本反应

基本信息

  • 批准号:
    2328552
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-08-01 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Methane is a potent greenhouse gas and the chief component of natural gas. Presently, most natural gas is combusted resulting in emissions of carbon dioxide (CO2) – also a greenhouse gas. The project investigates an alternative approach to methane utilization employing a reaction known as non-oxidative coupling of methane (NOCM). NOCM avoids the formation of CO2 by converting the methane primarily to ethylene and aromatic compounds – important precursors to a wide range of chemical products. While the reaction is not new, its potential application has been limited by incomplete understanding of the complex reaction chemistry which, in turn, complicates the design effective NOCM catalysts. To overcome those limitations, this EArly-concept Grant for Exploratory Research (EAGER) project examines the elementary reactions that occur during NOCM over a novel class of catalysts known as single-atom catalysts (SACs) using alkyl halide methane surrogate molecules. The potential of NOCM to produce alkenes and aromatics from fossil-derived and biological methane resources represents a stop-gap solution to fully carbon-neutral approaches to the manufacture of chemicals and fuels. NOCM is a highly endothermic reaction, necessitating the use of high temperatures, which leads to a significant impact of gas-phase chemistry on the observed product distribution of the surface-catalyzed reaction. The project will investigate reactions of alkyl halide molecular surrogates of methane. The surrogates allow for low temperature reactivity, thus eliminating complications associated with gas-phase chemistry contributions. The project examines the impact of SAC structure and composition on the ability to form carbon-carbon bonds to produce alkenes of varying size and aromatics. Specifically, three aspects of C-C bond formation chemistry on SACs will be investigated at moderate temperatures (200 to 400 degrees Celsius) where surface reactions prevail: (i) coupling between -CH3(ads) and =CH2(ads) surface fragments; (ii) coupling between -CH3(ads) surface fragments and C2 species (either -C2H5(ads) or C2H4(g), a product of NOCM) and (iii) surface-catalyzed aromatic formation through cyclotrimerization chemistry. The three experimental tasks will focus on quantifying reaction rates, selectivity, and mechanistic details of C-C coupling using isotopically labeled substrates. A fourth aim will focus on density functional theory-based discovery of SACs for C-C bond formation, and the development of microkinetic models for promising SAC candidates. The catalysts will be characterized before and after reaction by complementary techniques to assess the single atom nature of the catalysts and the impact of NOCM chemistry on the catalyst structure.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
甲烷是一种强效温室气体,也是天然气的主要成分。目前,大多数天然气燃烧产生的二氧化碳(CO2)也是一种温室气体。该项目研究了一种利用甲烷的替代方法,即甲烷的非氧化偶联反应(NOCM)。NOCM通过将甲烷主要转化为乙烯和芳香族化合物(广泛的化学产品的重要前体)来避免二氧化碳的形成。虽然该反应并不新鲜,但由于对复杂反应化学的不完全了解,限制了其潜在的应用,这反过来又使设计有效的NOCM催化剂变得复杂。为了克服这些限制,这个早期概念探索性研究资助(EAGER)项目研究了NOCM过程中发生的基本反应,这种反应是一种新型催化剂,称为单原子催化剂(SACs),使用烷基卤化物甲烷替代分子。NOCM从化石来源和生物甲烷资源中生产烯烃和芳烃的潜力代表了完全碳中和方法制造化学品和燃料的权宜之计。NOCM是一个高度吸热的反应,需要使用高温,这导致气相化学对观察到的表面催化反应的产物分布有重大影响。该项目将研究甲烷的烷基卤化物分子替代物的反应。替代物允许低温反应性,从而消除了与气相化学贡献相关的并发症。该项目考察了SAC的结构和组成对形成碳-碳键以产生不同大小的烯烃和芳烃的能力的影响。具体来说,将在中等温度(200至400摄氏度)下研究SACs上C-C键形成化学的三个方面,其中表面反应主要是:(i) -CH3(ads)和=CH2(ads)表面片段之间的偶联;(ii) -CH3(ads)表面片段与C2物质(-C2H5(ads)或C2H4(g), NOCM的产物)之间的偶联;(iii)通过环三聚化化学在表面催化形成芳香。三个实验任务将集中在定量的反应速率,选择性和机制细节的碳-碳耦合使用同位素标记的底物。第四个目标将集中在基于密度泛函理论的C-C键形成SAC的发现,以及有前途的SAC候选物的微动力学模型的发展。催化剂将在反应前后通过互补技术进行表征,以评估催化剂的单原子性质和NOCM化学对催化剂结构的影响。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

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:
  • 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.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

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

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

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

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

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

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Robert Rioux其他文献

Robert Rioux的其他文献

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

{{ truncateString('Robert Rioux', 18)}}的其他基金

Taming the Complexity of High Entropy Alloy for Catalysis using Multinary Intermetallics
利用多元金属间化合物降低高熵合金催化的复杂性
  • 批准号:
    2247797
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CDS&E: Catalytic Kinetics of Hydrocarbon Transformations from Dynamic Experimental Approaches Combined with on-line Machine Learning
CDS
  • 批准号:
    2053826
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Design rules for synthesis of stable single-site catalysts from experiment and first principles theory
从实验和第一性原理理论合成稳定单中心催化剂的设计规则
  • 批准号:
    1800507
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
RUI:Collaborative Research: Understanding and exploiting proton mobility in Au catalyzed selective oxidation reactions
RUI:合作研究:了解和利用金催化选择性氧化反应中的质子迁移率
  • 批准号:
    1803808
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
STTR Phase II: Automated system for creating custom three-dimensional radiofrequency ablation lesion geometries in post-lumpectomy margin ablation breast cancer treatment
STTR II 期:用于在肿块切除术后边缘消融乳腺癌治疗中创建定制三维射频消融病灶几何形状的自动化系统
  • 批准号:
    1738541
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER:GOALI: Bulk Intermetallics with well-defined active sites for selectivity control in selective hydrogenations
EAGER:GOALI:具有明确活性位点的块状金属间化合物,用于选择性加氢中的选择性控制
  • 批准号:
    1748365
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
DMREF: Collaborative Research: Integration of Computation and Experiments to Design a Versatile Platform for Crystal Engineering
DMREF:协作研究:计算和实验相结合,设计用于晶体工程的多功能平台
  • 批准号:
    1628960
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
STTR Phase I: Automated system for creating custom three-dimensional radiofrequency ablation lesion geometries in post-lumpectomy margin ablation breast cancer treatment
STTR 第一阶段:用于在肿块切除术后边缘消融乳腺癌治疗中创建定制三维射频消融病灶几何形状的自动化系统
  • 批准号:
    1622842
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Kokes Awards for the 24th North American Catalysis Society Meeting
第 24 届北美催化学会会议 Kokes 奖
  • 批准号:
    1540211
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER:Probing Oxygen Selectivity in a Flexible Metal-Organic Framework Using In Situ Spectroscopy
EAGER:利用原位光谱法探测柔性金属有机框架中的氧选择性
  • 批准号:
    1551119
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

MSCEN聚集体抑制CD127low单核细胞铜死亡治疗SLE 的机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
新型PDL1+CXCR2low中性粒细胞在脉络膜新生血管中的作用及机制研究
  • 批准号:
    82271095
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    56 万元
  • 项目类别:
    面上项目
CD9+CD55low脂肪前体细胞介导高脂诱导脂肪组织炎症和2型糖尿病的作用和机制研究
  • 批准号:
    82270883
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
CD21low/-CD23-B细胞亚群在间质干细胞治疗慢性移植物抗宿主病中的作用机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
探究Msi1+Lgr5neg/low肠道干细胞抵抗辐射并驱动肠上皮再生的新机制
  • 批准号:
    82270588
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
m6A去甲基化酶FTO通过稳定BRD9介导表观重塑在HIF2α(low/-)肾透明细胞癌中的作用机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    54.7 万元
  • 项目类别:
    面上项目
circEFEMP1招募PRC2促进HOXA6启动子组蛋白甲基化修饰调控Claudin4-Low型TNBC迁移侵袭和转移的作用机制
  • 批准号:
    82002807
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
上皮间质转化在Numb-/low前列腺癌细胞雄激素非依赖性中的作用及机制
  • 批准号:
    82003061
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Bach2调控CD45RA-Foxp3low T细胞影响B细胞功能及其在系统性红斑狼疮中作用的机制研究
  • 批准号:
    81873863
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    57.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Plasmonic Mg-based catalysts for low temperature sunlight-assisted CO2 activation (MgCatCO2Act)
用于低温阳光辅助 CO2 活化的等离子体镁基催化剂 (MgCatCO2Act)
  • 批准号:
    EP/Y037294/1
  • 财政年份:
    2025
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Research Grant
RUI: Spectroscopic Characterization and Low Temperature Kinetic Study of Hydrogenated Aromatic Radicals
RUI:氢化芳香族自由基的光谱表征和低温动力学研究
  • 批准号:
    2348916
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Wide-area low-cost sustainable ocean temperature and velocity structure extraction using distributed fibre optic sensing within legacy seafloor cables
使用传统海底电缆中的分布式光纤传感进行广域低成本可持续海洋温度和速度结构提取
  • 批准号:
    NE/Y003365/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Research Grant
Catalyst aided regeneration of nonaqueous absorbent for low temperature CO2 capture
用于低温二氧化碳捕获的非水吸收剂的催化剂辅助再生
  • 批准号:
    EP/Y026527/1
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Fellowship
RESEARCH-PGR: Cycling to low-temperature tolerance
研究-PGR:循环到耐低温
  • 批准号:
    2332611
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
EAGER: Low-Temperature Plasmas for Synthesis of Diamond Nanoparticles
EAGER:用于合成金刚石纳米粒子的低温等离子体
  • 批准号:
    2333452
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Standard Grant
H3Lo-QP: High-voltage High-IO High-transmission Low-temperature Quantum Photonics
H3Lo-QP:高压高IO高传输低温量子光子学
  • 批准号:
    10077765
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Collaborative R&D
Low-temperature formation of PTFE thin films by electronic excitation of fluorocarbon condensed layers and its application as a surface treatment method.
氟碳凝聚层电激发低温形成PTFE薄膜及其表面处理方法的应用
  • 批准号:
    23K04394
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Direct Measurement of Coating Thermal Noise at Low Temperature for Gravitational Wave Telescope
引力波望远镜低温涂层热噪声的直接测量
  • 批准号:
    23KF0121
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Development of a low-temperature sintering method for metal borides for applications of ultra-high temperature structural materials
开发用于超高温结构材料应用的金属硼化物低温烧结方法
  • 批准号:
    22KJ0272
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 30万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了