石油加工分子管理平台构建

在最大化利用石油资源及石油炼制向生产精细化工品侧重的趋势下,从分子层次实现对石油加工过程中的原料组成、相行为及转化过程的模拟化,已成为石油化工领域学术界和工业界的关注热点,并由此形成了石油加工"分子管理"这一研究方向.本文阐述了分子管理技术的内涵及其研究范畴,介绍了分子管理技术主要的内容及应用方向.重点介绍了本课题组开发的分子管理软件平台的基础框架、模块构成及所实现的功能,包括分子的数学化表达、性质计算、组成模型生成、反应网络构建及反应动力学模型生成等功能,覆盖了分子管理研究的完整链条.     

分子炼油为导向的催化裂化加工重质油策略

随着我国炼油工业的升级转型,必须突破对石油馏分传统的粗放认知,从分子层次认识和加工原料,从而使每一个石油分子的价值最大化.因此,根据分子组成、结构单元和性质深入认识重质油的催化反应特性,按照重质油分子"易转化"与"难转化"结构单元在催化裂化及加氢改质过程中的反应行为,以及两种差异性分子结构化学键选择性转化与催化剂构效之间的关系,本文阐述了以分子炼油为导向的重质油催化裂化加工策略.首先,提出了加氢工艺协同催化裂化实现烃分子芳环结构的"选形"改质,采用分区转化配合专用催化剂实现环烷环及烷基链结构的"择形"裂化,以及依据原料分子结构、目的产物、以及工艺操作域使用专用裂化催化剂的必要性.以分子炼油为导向,可以推进炼油工艺发展由高转化率向高选择性的转变,为实现重质油高效转化为清洁油品和化工原料提供新的技术路径.     

低温煤焦油分子组成与加氢转化

低温煤焦油是一种十分复杂的混合物,其分子组成研究具有较大的技术难度.依托高分辨质谱等新型分析技术,重质油国家重点实验室围绕低温煤焦油的分子组成开展了一系列基础研究工作,本文简要总结了近年来该实验室在煤焦油分子组成方面的工作进展.以不同低阶煤通过气化或干馏生产的10个煤焦油样品为研究对象,分析了其宏观性质和分子组成,建立了适合煤焦油分析的组分分离方法.通过气相色谱-质谱联用、高分辨质谱等技术深入研究了焦油及其分离组分,以及加氢转化产物的分子组成,在分子层次上研究了加氢过程中不同类型化合物的转化规律.化学组成上的深入认识为焦油利用的方案选择、催化剂设计、工艺开发及优化提供了重要的理论依据和基础数据,有助于实现焦油的高效转化与利用.     

渣油加氢转化前后沥青质的分子组成变化

沥青质是造成渣油加氢过程中结焦和催化剂失活的主要因素,深入研究渣油加氢转化前后沥青质的分子组成变化对于改进渣油加氢工艺有着重要的指导意义.本文采用傅里叶变换离子回旋共振质谱仪(FT-ICR MS)研究了塔河减渣加氢转化过程中沥青质组分的分子组成差异.为了减少沥青质分子之间的相互干扰和抑制,通过固相萃取技术对渣油加氢前后得到的沥青质进行了分离,并对比了其中主要化合物在分离前后的详细分子组成.利用固相萃取技术分离之后,还可以对加氢后沥青质中微量的卟啉钒化合物进行富集,并研究了在渣油加氢前后沥青质中的卟啉钒化合物的分子组成变化.研究表明,对沥青质样品进行更细致的分离可以得到丰富、全面的沥青质分子组成数据,为石油加工提供更有价值的分子结构信息.     

石油饱和烃分子组成分析方法综述

高效利用石油资源和生产高质量石油产品要求从分子水平认识石油化学组成,而饱和烃作为石油中最主要的一类组分,其分子组成分析是石油化学研究的重要课题.总结了石油饱和烃的分子组成分析方法并简要介绍其应用,主要包括基于气相色谱技术的单体烃分析方法和基于质谱技术的分子/族组成分析方法.针对石油饱和烃的质谱电离技术,总结了各方法的技术优势及存在的问题,对相关技术和方法的发展前景给予展望.     

分子钳人工受体研究进展

分子识别是生物体系的基本特征, 并在生命活动中起中心作用. 利用合成的人工受体与适当底物间的分子识别以建立化学模型或化学仿生体系对生命过程中的分子识别现象进行模拟研究是生物有机化学和超分子化学前沿富于挑战的课题之一. 按照不同的隔离基, 综述了分子钳人工受体的研究进展.     

单分子结的构筑及分子电导性质的测试

分子电子学已成为21世纪研究的热点. 通过将具有特定功能的分子连接在纳米尺度金属电极之间从而构筑包括分子导线、开关、整流器在内的各种分子尺度电子器件, 这引起了科学家们广泛的研究兴趣. 在分子电子学研究中, 构筑金属/分子/金属(MMM)分子结是研究分子器件中电子传输性质的关键. 尽管已经取得了很大的进展, 目前在纳米尺度下构筑稳定可靠的MMM分子结并测试单个分子的电学性质仍然面临很多挑战. 本文着重对单分子电学性质的测试技术和相关理论研究的最新进展以及存在的挑战做了概述.     

光驱动单向分子转子的研究进展

分子转子是分子马达设计的要件, 有关分子转子的讨论已经引起广泛的关注. 主要介绍2003年以来单向转动型分子转子的研究状况, 重点讨论其构效关系和应用方面的最新进展, 展望了分子转子的发展前景并指出其面临的挑战.     

油气资源分子工程与分子管理的核心技术与主要应用进展

石油与天然气资源极其宝贵,如何使油气资源价值最大化是炼油化工行业发展的最高目标.本文综述了油气资源分子工程与分子管理的概念及相应的技术架构与体系,并按照所提出的理念,总结了在开展、指导智能炼化建设,分子级先进计划管理系统,产品质量与产品结构转型升级等新催化剂、新工艺的开发与应用方面的研究进展.     

旋转型单分子机器

分子机器是一种分子水平上的机器,它是一类通过外部刺激（如化学能、电能、光照等）将能量转化为可控运动的分子器件。由于人工分子机器在纳米科技领域的应用越来越普遍,已经引起人们的广泛关注。人工合成的分子机器在模拟机器运动时主要有线性运动和旋转运动两种基本运动方式,本文重点介绍了几种旋转型的单分子机器,包括分子齿轮、分子转门、分子闸和分子棘轮、分子马达等。这类分子机器的结构特点是由轴、转子和定子三部分组成,其运动特点是转子通过轴围绕定子进行双向或单向旋转。本文在介绍这类分子转子的同时,简单讨论了其设计理念和在溶液状态下所表现出的动力学行为,同时还展望了分子转子和分子马达的发展前景和面临的挑战。     

机器学习设计新型有机分子研究进展

新型有机分子一直是有机化学领域的研究重点,其在开发高性能材料方面具有重要意义.传统的有机分子发现是一个类似于"炒菜"的试错过程,它耗时耗能且效率相对低下.常见的量子化学方法试图根据期望属性值筛选出合理的分子结构,以更好地指导实验,然而,由于计算资源相对于算法复杂度严重不足,精确给出实验指导在大多数情况下难以实现.近年来机器学习的出现改变了这种情况,训练好的模型可以快速推测出分子的属性.更令人兴奋的是机器学习可以逆向进行分子设计,拓宽人类的想象力,给出其在分子设计领域的"神之一手".本综述首先介绍了逆向分子设计所必须的分子描述方式,随后对几种常见的深度生成模型加以归纳,对新型有机分子设计研究现状进行了总结,最后探讨了新型有机分子设计所面临的挑战,展示了笔者做出的部分探索.     

石油组分高分辨质谱分析进展与展望

石油是一种复杂体系,研究石油分子组成是分析化学领域的经典难题.近年来,傅里叶变换离子回旋共振质谱技术(Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry,FT-ICR MS)的发展,为从分子水平认识石油组成提供了机会,引起了石油化学界的高度关注,并被期待能在石油、石化领域的相关研究中实现重大突破.本文从质谱分辨率和电离技术方面介绍了石油样品的分析需求,总结了近几年基于FT-ICR MS技术对石油分子组成的研究进展,分析了其在应用中存在的关键技术问题及下一步研究方向,并对FT-ICR MS的发展前景给予展望.     

微机上分子实体模型的实现

本文采用简单、快速的方法在微机上实现光照与明暗处理的分子实体模型，并给出了明暗层次丰富的分子柱状模型、球柱模型和ＣＰＫ模型的显示实例。     

水溶性三维有序超分子和共价有机聚合物

总结了近年来在水溶性三维超分子聚合物、 超分子有机框架、 超分子-金属有机框架杂化结构、 超分子-共价-金属有机框架杂化结构及共价有机框架合成、 催化和输送功能方面的研究进展, 指出了有序三维聚合物未来研究面临的挑战并展望今后的发展方向.     

基于分子模拟技术煤焦分子模型构建

煤、焦是过程工业的重要原料。因此，有必要深入了解煤、焦分子结构以揭示其反应性。采用Materials Studio 7.0软件，从分子层次研究煤、焦的分子结构。根据已报道的文献，构建煤、焦的初始结构；基于分子力学原理对这些结构进行优化，使得模型物性与煤、焦物性相符；基于退火模拟算法对模型进行优化，从而使得模型密度、元素分析数据与真实值吻合；基于能量最小化原理，对煤、焦模型再次优化，从而获得其稳定、真实的分子构型。由计算结果发现，模型的估算密度、元素组成与已报道一致，说明构建的模型是有效、合理的；在模型优化过程中，相对于其他能量而言，库伦能和范德华能起着重要的作用。因此可以推断在煤、焦热加工过程中，弱键占据主要地位。另外，本文采用分子模拟技术构建煤、焦模型的方法对于构建其他复杂大分子结构有着重要的借鉴作用。     

固态氧化物电解池中碳-分子电化学转化为可再生燃料

近年来,随着社会环保意识的迅速提高以及对可再生能源利用能力的大幅增强,以燃料电池和电解池为代表的电化学技术已经逐渐在能源的存储、转化和利用方面发挥着不可或缺的独特作用.其中,固态氧化物电解池经过多年的发展,在装置成本和工作效率上取得了长足的进步,在储能转化方面具有重要的潜力.与此同时,伴随着《巴黎协定》签订以来各国的“碳中和”路线图逐渐出台,利用相对廉价易得的可再生电能,将二氧化碳(CO₂)和甲烷(CH₄)等碳-(C1)分子电解转化为高附加值的可再生燃料(如水煤气、乙烯等),对于碳中和目标的实现具有重要的意义.因此,C1分子电化学转化的研究成为了当下重点关注的研究领域,许多重要的研究成果和技术进步在过去几年中不断涌现.固态氧化物电解池作为一种代表性的C1分子电解和转化平台,也日渐引起相关领域研究人员的关注和兴趣.与传统的C1分子催化转化方法相比,基于固态氧化物电解池的电解转化技术具有两个重要优点:高能量转换效率与体系抗中毒能力.这两个特性作为体系稳健性的基石,保障了C1分子转化为可再生燃料的反应过程的长期可持续性.本文首先简要回顾了固态氧化物电解池的前沿技术与发展,并从电解池系统分类、反应体系的特征和反应体系发展的前景与挑战这三个方面,简要介绍了近年来基于固态氧化物电解池体系的C1分子电化学转化的代表性工作.CO₂与CH₄作为廉价易得的C1分子的代表,其转化因其反应分子惰性及反应过程不可控性而广受研究者关注,本文重点关注了在固态氧化物电解池中CO₂,CO₂/H₂O和CH₄三个体系的电化学反应过程和近期研究进展,希望可为相关研究人员未来设计更合适的催化剂和构建更优的电解池结构提供有益的参考.本文还针对目前固态氧化物电解池体系在C1分子转化领域所面临的挑战,提出了未来的一些可能的研究方向,以期助力研究者在不远的将来实现C1分子电解生产可再生燃料的实用化.     

超分子形状记忆水凝胶研究进展

超分子形状记忆水凝胶(SSMHs)是一类利用超分子作用或动态共价键作为分子开关来固定临时形状,并能在特定的刺激下恢复初始形状的高分子水凝胶.本文简要介绍了SSMHs的定义和发展历程,总结了利用不同种类的可逆作用构建SSMHs的最新进展,并扩展介绍了具有多重形状记忆效应和多功能的SSMHs.最后,也对SSMHs所面临的挑战和未来发展方向进行了讨论.     

核酸分子计算及应用

作为一种新兴计算技术,核酸分子计算因其信息存储量大、并行性高、微型化、低能耗的优点而备受关注.核酸分子计算系统主要包括信号输入、信号处理、信号输出三个模块,其目前已经能够实现数学逻辑运算、信息处理加密、模拟神经网络的功能,或与纳米材料结合构成分子机器,有望广泛应用于数学、医学、计算机科学等各种领域.本文概述了核酸分子计算的原理、功能及其生物医学应用,重点介绍了其在构建分子机器方面的研究进展,并讨论了当下面临的挑战.     

聚肽胶束的超分子反应:聚合、环化及活性生长

聚合物自组装是制备纳米材料的有效途径.自组装纳米材料在药物载体、高性能材料、生物结构模型等领域具有重要的应用价值.近年来,在聚合物分子自组装研究的基础上,研究者们发展了聚合物纳米粒子的自组装研究,并取得了很大进步.聚合物纳米粒子的组装一般可称为超分子反应.以聚肽胶束为组装基元的超分子反应研究得到了很多关注,取得了一系列进展.本文以本课题组的工作为主,总结归纳了近年来在聚肽胶束自组装(超分子反应)研究方面的进展,主要包括超分子聚合、环化和活性生长.文中着重强调了理论模拟在探究胶束超分子反应中的作用.最后,本文展望了该研究领域的发展方向,并指出所面临的机遇和挑战.     

常压下能量与电荷在分子间的传递机制

离子源是质谱仪的心脏,制备待测物的离子是质谱分析的首要前提.如何有效地电离含有复杂基体的实际样品中的痕量待测物分子是制约实际样品直接质谱分析的重要瓶颈.本文提出了用电子云模型帮助理解能量与电荷传递和中性分子电离过程的关系,从分子的基本物性参数、能量耦合方式等角度讨论了能量与电荷在不同相态、组成和维度的复杂基体样品分子间传递的过程,着重阐述了能荷传递过程中分子的电子云变化规律及其对分子电离的影响,并简要讨论了这些影响在质谱分析中的应用.