水簇(H2O)n(n=1~5)在过氧自由基大气化学反应中的催化机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21603132
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0301.化学理论与方法
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The catalysis of water clusters (H2O)n (n=1~5) in the atmospheric chemical reaction of peroxy radicals AO2 (A=H, CH3, C2H5, …) is closely related to various environmental problems such as climate change, acid rain formation and imbalance in global atmospheric nitrogen cycle. The current study focuses on some major relevant scientific problems existing in the atmospheric reaction of water clusters (H2O)n (n=1~5) catalyzing the AO2. These scientific problems include insufficient understanding of the catalytic mechanism, ambiguous understanding of the hydrogen transfer and lack of knowledge about the practical application of the process. In the present study, we have been conducted to study the thermodynamics, kinetics and the reaction mechanism of reaction involving various AO2 and catalyzed by the water clusters (H2O)n (n=1~5). The reaction model for the water clusters (H2O)n (n=1~5) influencing the reactions between AO2 and the important atmospheric species (including SO2, NO, SO3, H2COO, O3, OH, Cl, ClO and HS) is constructed by applying and implanting CP2K open source program with different kinds of quantum chemical calculation methods. The effects of various factors such as the amount, participation type and the action mode of water molecules on AO2 atmospheric reactions have systematically been studied through constructing the relevant potential energy surface, calculating the corresponding rate constant and analyzing the chemical bonding properties of the stationary point species. The study is helpful in understanding the catalytic mechanism of water clusters (H2O)n (n=1~5) during the reaction between AO2 and the important atmospheric species. The study summarizes the rules of superior hydrogen transfer, predicts the influence of water clusters (H2O)n (n=1~5) on AO2 atmospheric reaction in the troposphere environment, and provides scientific basis for reducing the haze pollution and improving the atmospheric environmental quality.
水簇(H2O)n (n=1~5)在过氧自由基AO2 (A=H, CH3, C2H5, •••)大气化学反应中的催化作用,与气候变化、酸雨形成、大气氮化合物循环等环境问题密切相关。针对水簇(H2O)n (n=1~5)催化AO2大气反应中存在的催化机理较缺乏、优势氢转移规律不清楚、未与实际大气环境相关联等基本问题,本项目拟通过CP2K从头算模拟并结合各类量子化学计算方法构建水簇(H2O)n (n=1~5)影响AO2与SO2、NO、SO3、H2COO、O3、OH、Cl、ClO和HS等重要大气物种的反应模型。在此基础上,拟通过构建相关反应势能面、计算对应速率常数及分析驻点物种的化学成键性质,系统深入地研究水分子的数目、参与类型、作用方式等因素对AO2大气反应的影响。期望本项目研究能够解决水簇催化AO2大气反应研究中遇到的上述基本科学问题,为减少大气雾霾污染、改善大气环境质量提供科学依据。

结项摘要

本项目按原计划书设定的研究目标执行,完成了全部预定目标。本项目详细研究了水簇(H2O)n (n = 1-5)在过氧自由基HO2与SO2、SO3、NO、NH2、H2COO、O3、OH、Cl、ClO和HS等10个重要的大气反应机理和动力学性质,并根据相关研究结果对水分子催化有机过氧化物在大气化学反应机理进行了系统阐述。大气化学中水簇(H2O)n (n = 1-5)的催化机理大致可以归纳为两个方面的内容:(1)水分子存在下是否起显著作用,与水分子的参与类型、作用方式、一步或多步反应机制以及水分子数目密切相关;(2)通过与其他物种形成氢键相互作用,水分子参与有助于稳定的氢键网络水合物和环状结构过渡态的形成。项目执行期间研究成果先后在Phys. Chem. Chem. Phys., RSC Adv., Mol. Phys., Comput. Theor. Chem., Chem. J. Chinese Univ., Mol. Simul., Struct. Chem.等期刊发表SCI学术论文13篇,提交会议论文5篇,参加学术会议6人次,培养硕士研究生5人,毕业3人。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(0)
Role of the (H2O)(n) (n=1-3) cluster in the HO2 + HO -> O-3(2) + H2O reaction: mechanistic and kinetic studies
(H2O)(n) (n=1-3)簇在HO2 HO -> O-3(2) H2O反应中的作用:机理和动力学研究
  • DOI:
    10.1039/c8cp00020d
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhang Tianlei;Lan Xinguang;Qiao Zhangyu;Wang Rui;Yu Xiaohu;Xu Qiong;Wang Zhiyin;Jin Linxia;Wang ZhuQing
  • 通讯作者:
    Wang ZhuQing
The catalytic effects of H2CO3, CH3COOH, HCOOH and H2O on the addition reaction of CH2OO + H2O -> CH2(OH)OOH
H2CO3、CH3COOH、HCOOH和H2O对CH2OO H2O→CH2(OH)OOH加成反应的催化作用
  • DOI:
    10.1080/00268976.2018.1454612
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Molecular Physics
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Zhang Tianlei;Lan Xinguang;Wang Rui;Roy Soumendra;Qiao Zhangyu;Lu Yousong;Wang Zhuqing
  • 通讯作者:
    Wang Zhuqing
Catalytic effect of (H2O)(n) (n=1-2) on the hydrogen abstraction reaction of H2O2 + HS -> H2S + HO2 under tropospheric conditions
对流层条件下(H2O)(n) (n=1-2)对H2O2 HS→H2S HO2夺氢反应的催化作用
  • DOI:
    10.1016/j.comptc.2017.03.045
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Computational and Theoretical Chemistry
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Wang Rui;Kang Jiaxin;Zhang Sheng;Shao Xianzhao;Jin Lingxia;Zhang Tianlei;Wang Zhuqing
  • 通讯作者:
    Wang Zhuqing
Theoretical studies on the mechanism and kinetic for CH3CH2O + HO2 and CH3CHOH + HO2 reactions
CH3CH2O HO2 和 CH3CHOH HO2 反应机理和动力学的理论研究
  • DOI:
    10.1002/poc.3895
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Physical Organic Chemistry
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Tianlei Zhang;Mingjie Wen;Yan Ju;Jiaxin Kang;Rui Wang;Jia Cao;Soumendra K Roy
  • 通讯作者:
    Soumendra K Roy
Atmospheric chemistry of the self-reaction of HO2 radicals: stepwise mechanism versus one-step process in the presence of (H2O)(n) (n=1-3) clusters
HO2 自由基自反应的大气化学:(H2O)(n) (n=1-3) 簇存在下的逐步机制与一步过程
  • DOI:
    10.1039/c9cp03530c
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Physical Chemistry Chemical Physics
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Zhang Tianlei;Wen Mingjie;Zhang Yongqi;Lan Xinguang;Long Bo;Wang Rui;Yu Xiaohu;Zhao Caibin;Wang Wenliang
  • 通讯作者:
    Wang Wenliang

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其他文献

环热带印度洋海表日增温年循环和半年循环
  • DOI:
    10.13984/j.cnki.cn37-1141.2019.01.006
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    海洋湖沼通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张田雷;闫运伟;陈莹莹
  • 通讯作者:
    陈莹莹
热带印度洋海表日增温年循环和半年循环
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    海洋湖沼通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张田雷;闫运伟;陈莹莹
  • 通讯作者:
    陈莹莹
单个水分子对HO2+H2S反应主通道影响的理论研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    高等学校化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张田雷;张浩林;王志银;王竹青
  • 通讯作者:
    王竹青
单分子水对H2O2+Cl气相反应影响的理论研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    物理化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张田雷;张浩林;王志银;王竹青
  • 通讯作者:
    王竹青
HS+HO2气相反应机理及主通道速率常数的理论研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    物理化学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张田雷;杨晨;凤旭凯;王竹青;王睿;刘秋丽;张鹏;王文亮
  • 通讯作者:
    王文亮

其他文献

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张田雷的其他基金

有机过氧化物在液滴气-液界面上大气化学反应机理及气溶胶粒子生长机制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    63 万元
  • 项目类别:

相似国自然基金

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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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