碳基小分子催化定向转化及外场与表界面效应的多尺度全程模拟研究
批准号:
21933009
项目类别:
重点项目
资助金额:
300.0 万元
负责人:
曹泽星
依托单位:
学科分类:
化学理论与方法
结题年份:
2024
批准年份:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
曹泽星
中文摘要
项目旨在完善与发展周期性边界条件的块定域波函数方法(PBC-BLW)和复杂表界面体系的QM/MM边界模型,建立研究复杂催化过程及其外场与表界面效应的多尺度计算模拟平台。重点研究原子和团簇分散负载催化剂催化CH4选择脱氢与C-C键偶联及外场诱导CO2氢化转化与还原生成碳氢燃料的反应机理及其热力学和动力学性质,探明调控原子分散负载催化剂稳定性、催化活性与选择性的表界面结构特征及其与外场环境的协同作用。调查CO2活化与催化直接还原过程中电子转移和能量转移的机制与调控因素,确定催化剂表界面结构、组成、配位修饰、表界面吸/脱附物种热力学性质等与催化活性和选择性的关联,发展表界面催化反应性的描述符。基于计算表征,构建并全面评估几类以氧化物、有机共价框架和二维类石墨烯新型材料为载体的高性能原子分散催化剂,为碳基小分子催化选择转化高性能负载金属催化剂设计和相关新催化体系的发展提供理论依据。
英文摘要
The project aims to develop the block-localized wave function method using the periodic boundary condition (PBC-BLW) and the QM/MM coupling scheme for the complex interface system, and build the computational platform for multiscale simulation of the interfacial catalysis. Plausible mechanisms and corresponding thermodynamic and kinetic properties of selective dehydrogenation and C-C bond coupling of CH4 and direct conversion of CO2 into liquid fuels catalyzed by the atomically dispersed supported metal catalysts will be explored theoretically. Based on extensive calculations and simulations, we try to elucidate the plausible mechanisms for electron/proton and energy transfers and regulating factors in the external electric field-induced reduction of CO2, as well as the electronic effects of surface-interface structure and surface coordination on the manipulation of stability, reactivity and selectivity of the supported metal catalysts, reveal correlations of the catalytic activity and selectivity with the interface structure, composition, adsorption energy of reactive species, and develop the reactivity descriptor. Based on the computational characterization, several kinds of high-performance atomically dispersed metal catalysts supported by oxides, covalent organic frameworks, and two-dimensional graphene-like new materials will be designed and evaluated for selective catalytic conversions of carbon-based small molecules.
项目系统地开展了原子分散负载催化剂的理性设计与碳基小分子催化转化过程的计算模拟研究。基于元素的电子结构和成键特征,构筑了不同表界面活性位点的催化剂,探讨了这些催化材料的稳定性及其对外场条件的响应性质。项目在原子分散非贵金属催化剂的计算设计及CO2氢化还原与CH4选择氧化、新型二维纳米材料电催化CO2还原、光/自旋诱导分子氧活化与CH4选择氧化、CO2均相催化剂基元构筑与化学成键及多尺度模型发展等方面取得了好的成果。通过系统的第一性原理计算和分子动力学模拟,探明了调控单双原子分散负载金属/非金属催化剂稳定性、催化活性与选择性的分子机制及其外加电场效应。结合机器学习,发展了表界面催化反应性的描述符,为CH4和CO2分子催化选择转化高性能原子分散负载催化剂设计和相关新催化体系的发展提供了理论依据。
酶催化高毒有机磷化合物降解机制与活性调控的QM/MM多尺度模拟研究
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批准号:22373078
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:曹泽星
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依托单位:
酶催化二氧化碳捕获与还原转化的量子-经典力学研究
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批准号:21873078
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项目类别:面上项目
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资助金额:66.0万元
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批准年份:2018
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负责人:曹泽星
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依托单位:
呋喃类生物燃料热解自由基激发态及其与分子氧反应过程的理论研究
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批准号:21673185
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项目类别:面上项目
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资助金额:66.0万元
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批准年份:2016
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负责人:曹泽星
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依托单位:
光合作用中水氧化与光诱导电子转移过程的理论研究
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批准号:21373164
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:曹泽星
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依托单位:
光敏有机分子和荧光蛋白光功能特性的调控及其相关无辐射过程的理论研究
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批准号:21133007
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项目类别:重点项目
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资助金额:280.0万元
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批准年份:2011
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负责人:曹泽星
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依托单位:
DNA糖苷酶催化N-糖苷键水解机理与酶活性调控分子机制的理论研究
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批准号:20873105
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项目类别:面上项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2008
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负责人:曹泽星
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依托单位:
凝聚相固氮酶催化分子氮还原过程的组合QM/MM计算研究
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批准号:20673087
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项目类别:面上项目
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资助金额:32.0万元
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批准年份:2006
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负责人:曹泽星
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依托单位:
分子线富碳共轭体系光物理与光化学性质的理论研究
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批准号:20473062
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项目类别:面上项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2004
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负责人:曹泽星
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依托单位:
局域多参考组态相互作用方法在复杂多电子体系中的应用
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批准号:20173042
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项目类别:面上项目
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资助金额:17.0万元
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批准年份:2001
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负责人:曹泽星
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依托单位:
小分子激发态的耦合位能面与反应动力学的理论研究
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批准号:29773036
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项目类别:面上项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:1997
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负责人:曹泽星
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依托单位:
国内基金
海外基金