【正文】 級 轉(zhuǎn)化 若干關(guān)鍵過程的理論計算與模擬 預(yù)期目標(biāo)： 采用理論化學(xué)計算方法，闡明 FT 合成鐵基催化劑的 表面結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，助催化劑與活性組分的相互作用，對主催化劑活性位結(jié)構(gòu)和性能的調(diào)控機制，CO/H2 在不同活性位上 C–C、 C–H 和 C–OH 鍵的形成機理等；研究甲醇在分子篩孔道中吸附和活化機制，不同中間態(tài)所對應(yīng)的產(chǎn)物及轉(zhuǎn)化特征；采用分子動力學(xué)和蒙特卡羅方法研究離子液體中陰陽離子的結(jié)構(gòu)特征及相互作用方式對離子液體催化性能的影響規(guī)律，預(yù)測離子液體的宏觀性質(zhì)；針對分級液化過程，進行系統(tǒng)集成優(yōu)化和過程模擬 ，形成工藝軟件包。 發(fā)表論文 40–60 篇，申請專利 4–6 件。 形成褐煤分級液化工藝軟件包，打通 1 萬噸 /年褐煤分級液化中試流程， 提高整個系統(tǒng)的能量利用效率；深入認識納米粒子 FT 合成、 甲醇定向 轉(zhuǎn)化和 CO2甲烷重整催化反應(yīng)機理，揭示催化劑的失活機制和再生行為，實現(xiàn)流動體系下費托反應(yīng)的高效運行和預(yù)測功能離子液體的宏觀性質(zhì) ，制備具有良好催化性能的甲醇選擇性制烴類結(jié)構(gòu)催化劑 。 2. C1 定向轉(zhuǎn)化的催化基礎(chǔ) (1) 對于低溫水相 FT 合成過程，以 Fe、 Co 代替貴金屬 Ru 的關(guān)鍵在于要將兩者活性高的表面盡可能暴露，因此在催化劑制備過程中必須對其形貌進行控制；同時，要保證催化劑有足夠的穩(wěn)定性，必須選擇適宜的有機配體對納米粒子進行保護，以免在反應(yīng)過程中發(fā)生形貌改變和粒子團聚； (2) 實現(xiàn)甲醇定向轉(zhuǎn)化為汽油、烯烴、芳烴等 油品和化學(xué)品 的關(guān)鍵在于控制其在分子篩酸性位上形成的中間體（烴池物種）結(jié)構(gòu)和種 類，這就要求認識分子篩孔道結(jié)構(gòu)和酸性特征與甲醇轉(zhuǎn)化中間體的關(guān)系、 C–O鍵到 C–C 鍵 的轉(zhuǎn)變 機制和反應(yīng)路徑，并對此進行調(diào)控 ； (3) 甲醇制備清潔柴油組分 DMM38的關(guān)鍵在于研制催化性能良好的功能化 離子液體催化劑。 闡 明 水稻、小麥、玉米 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應(yīng)； 分析重要基因 和基因序列變異 15~20 個， 闡明 5~8 個 基因 /等位基因的功能 ； 發(fā)掘?qū)崿F(xiàn) 水稻、小麥、玉米 未來育種目標(biāo)具有重要價值的 關(guān)鍵 基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 各 2~3 個 。 （ 2） 預(yù)測、篩選與改良對未來 5～ 10 年主要糧食作物育種具有重要促進作用的候選骨干親本，將為保障我國糧食安全做出貢獻。（詳見工作基礎(chǔ)部分） 。 一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測交群體或完全雙列雜交群體為材料，開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 培養(yǎng)博士研究生 3～ 5 名，碩士研究生 6～ 8 名。 分析重要基因 和基因序列變異 2~3 個， 闡明 1 個 基因 /等位基因的功能。 一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測交群體或完全雙列雜交群體為材料，開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律。 培養(yǎng)博士研究生 5～ 7 名，碩士研究生 10～ 12 名。 初步 闡明 水稻、 小麥、玉米 骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜的遺傳與 育種 效應(yīng)；分析重要基因 和基因序列變異 3~4 個， 闡明 1~2 個 基因 /等位基因的功能。 一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ) 以骨干親本與典型非骨干親本構(gòu)建的測交群體或完全雙列雜交群體為材料，利用分子標(biāo)記、轉(zhuǎn)錄組學(xué)等技術(shù)，以穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量性狀形成為主體，定位與產(chǎn)量相關(guān)性狀一般配合力密切相關(guān)的基因組區(qū)段，研究相關(guān)產(chǎn)量性狀一般配合力的傳遞規(guī)律，探討一般配合力對骨干親本形成的作用以及骨干親本能夠衍生出大量主栽品種的遺傳學(xué)基礎(chǔ)；闡明 控制 一般配合力基因組區(qū)段與骨干親本的基礎(chǔ)遺傳 圖譜的關(guān)系。 培養(yǎng)博士研究生 10～ 12 名，碩士研究生 14～ 16 名。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點， 結(jié)合骨干親本 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 以及 重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng) 和分子設(shè)計模型，篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10 年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn) 具有重要促進作用的候選骨干親本， 并通過育種實踐 予以驗證 ， 為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎(chǔ)。 完善 水稻、小麥、玉米 候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設(shè)計模型 ； 完善 綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法，指導(dǎo)并提高親本組配和育種效率。 第五年度： 研究內(nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段 構(gòu) 成的 解析與演變趨勢 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料，采用表型組學(xué) 、遺傳學(xué) 和基因組學(xué)等分析技術(shù)，系統(tǒng)研究不同時期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢， 精細 構(gòu)建骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜，為基于全基因組分子設(shè)計育種提供依據(jù)。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點， 結(jié)合骨干親本 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 以及 重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)和 分子設(shè)計模型，篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進作用的候選骨干親本， 并通過育種實踐 予以驗證 ， 為創(chuàng)立骨干親本育種理論奠定基礎(chǔ)。 初步建立 水稻、小麥、玉米 候選 骨干親本 選育以及 最佳親本組配的分子設(shè)計模型 ；提出綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法， 并付諸實踐 。 第三年度： 研究內(nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段 構(gòu) 成的 解析與演變趨勢 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料， 開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 系統(tǒng)研究不同時期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構(gòu)建骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜。 候選骨干親本篩選、創(chuàng)制與利用 根據(jù)不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本遺傳構(gòu)成特點， 結(jié)合骨干親本 基礎(chǔ) 遺傳 圖譜 以及 重要基因組區(qū)段、關(guān)鍵基因變異類型及其不同組合方式的遺傳效應(yīng)，篩選、創(chuàng)制對未來 5～ 10年 水稻、小麥、玉米等 主要糧食作物育種與生產(chǎn)具有重要促進作用的候選骨干親本， 并通過育種實踐 予以驗證 。 初步提出利用骨干親本基因型數(shù)據(jù)和表型數(shù)據(jù)開展 水稻、小麥、玉米 候選骨干親本 選育以及 最佳親本組配的 算法 ； 初步 提出綜合評估候選骨干親本和改良現(xiàn)有骨干親本的技術(shù)方法。 四、年度計劃 第一年度： 研究內(nèi)容： 骨干親本 關(guān)鍵基因組區(qū)段 構(gòu) 成的 解析與演變趨勢 以骨干親本（包括已有的骨干親本和正在形成的骨干親本）及其衍生品種為材料， 開展多個生態(tài)環(huán)境下的表型鑒定和基因型鑒定，以 系統(tǒng)研究不同時期骨干親本中發(fā)揮關(guān)鍵作用的基因組區(qū)段 /基 因簇 /基因 /等位基因的構(gòu)成及其組合方式，闡明不同時期、不同生態(tài)區(qū)骨干親本中重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因的演變趨勢，構(gòu)建骨干親本的基礎(chǔ) 遺傳 圖譜。 （四）取得重大突破的可行性分析 本項目將在以下 兩 個方面取 得重大突破： —— 闡明骨干親本與其它親本組配能夠衍生出眾多主栽品種的遺傳基礎(chǔ) ，將為創(chuàng)立骨干親本育種理論、提高育種效率、培育突破性新品種奠定基礎(chǔ)； —— 從基因組和基因兩個層次揭示水稻、玉米骨干親本一般配合力的分子基礎(chǔ)和調(diào)控機制，可以將作物一般配合力由統(tǒng)計學(xué)和育種學(xué)的概念提升到遺傳學(xué)概念 。 三、研究方案 （一）學(xué)術(shù)思路 為了進一步強化我國在農(nóng)作物基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，針對作物遺傳育種基礎(chǔ)研究中的關(guān)鍵問題之一， 骨干親本在育種中效果顯著但其形成與利用的遺傳基礎(chǔ)不明的客觀現(xiàn)實，以水稻、小麥、玉米等主要糧食作物骨干親本及其衍生的大面積推廣品種系譜分析為出發(fā)點，在已解決了骨干親本的第一個關(guān)鍵科學(xué)問題 ―遺傳構(gòu)成 ‖的工作基礎(chǔ)上，綜合利用表型組學(xué)、基因組學(xué)、作物育種學(xué)、生物信息學(xué)等學(xué)科的理論與技術(shù)，從骨干親本重要基因組區(qū)段 /基因簇 /基因 /等位基因組合方式及其演變趨勢、一般配合力對骨干親本形成的作用及其遺傳基礎(chǔ)、候選骨干親本的分子設(shè)計與創(chuàng)制等多層次進行系統(tǒng)研究，闡明骨干親本研究中的第二個關(guān)鍵科學(xué)問題 ―遺傳效應(yīng) ‖，為創(chuàng)建骨干親本育 種理論與技術(shù)體系，以及我國糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。 通過該項目的實施 ，將進一步強化我國在農(nóng)作物骨干親本基礎(chǔ)理論和應(yīng)用研究方面的原始創(chuàng)新，并通過創(chuàng)建圍繞農(nóng)作物骨干親本的新的育種理論與技術(shù)體系，以及創(chuàng)造的符合新時期育種目標(biāo)需求的候選骨干親本的應(yīng)用，繼續(xù)提高我國在雜交稻等作物育種領(lǐng)域的國際領(lǐng)先地位，最終為我國的糧食安全提供科學(xué)保障與技術(shù)和物質(zhì)支撐。本項目 根據(jù)褐煤揮發(fā)分高、加氫反應(yīng)活性好的特點，將直接液化和間接液化有機地結(jié)合起來，通過多聯(lián)產(chǎn)和系統(tǒng)強化提高褐煤轉(zhuǎn)化的能量利用效率，將褐煤潔凈高效轉(zhuǎn)化為液體燃料和化學(xué)品。 發(fā)表論文 50–70 篇，申請專利 4–6 件。 四、年度計劃 年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo) 第 一 年 我國典型褐煤的微孔結(jié)構(gòu)特征、化學(xué)組成、羧基和羥基等含氧官能團及氫鍵的分布與調(diào)控規(guī)律；催化劑制備方法、原料、條件等對 FT 合成、甲醇定向轉(zhuǎn)化和 CO2甲烷重整催化性能的影響規(guī)律；碳化鐵表面FT 合成反應(yīng)初始碳物種的生成和碳鏈增長機制。 承擔(dān) 單位 ： 中科院蘭州化學(xué)物理研究所 課題負責(zé)人： 夏春谷 主要學(xué)術(shù)骨干： 陳 靜，李 臻，孫 偉，宋河遠 經(jīng)費比例： 17% 課題 5：褐 煤 分級 轉(zhuǎn)化過程中 CO2的循環(huán)利用 預(yù)期 目標(biāo)： 針對褐煤分級轉(zhuǎn)化過程中副產(chǎn)的 CO2 和甲烷，研制出適合于 CO2 重整 甲烷制合成氣過程的高活性、高穩(wěn)定性的廉價催化劑 ； 闡明 Ni 基 催化劑的 金屬 /載體之間的相互作用、尺寸匹配效應(yīng)及界面 協(xié)同效應(yīng) 和積碳 /消碳自循環(huán)的關(guān)系， 揭示催化 劑的結(jié)構(gòu)和表面 /界面性質(zhì)對催化劑在 CO2 重整甲烷 反應(yīng)中穩(wěn)定性的影響規(guī)律； 發(fā)展耐高溫、抗燒結(jié)、抗積碳 Ni 基催化劑的制備方法， 為 高效 的CO2重整 甲烷制合成氣 催化工藝提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。 各課題的具體情況如下： 課題 1：褐 煤分級液化的化學(xué)與工程基礎(chǔ) 預(yù)期目標(biāo)： 揭示高水分、高揮發(fā)分褐煤 的物理結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成與煤中水分含量的內(nèi)在關(guān)系以及水分的脫除規(guī)律； 認識褐煤 的分子結(jié)構(gòu)特征與其部分加氫活性之間的內(nèi)在聯(lián)系，為催化劑設(shè)計、反應(yīng)活性和選擇性優(yōu)化提供基礎(chǔ)信息；探索褐煤 /溶劑油共加氫的反應(yīng)機理和動力學(xué)特征，以及加氫程度與油品性質(zhì)及殘渣氣化特性的關(guān)系；在實驗室催化劑、溶劑、反應(yīng)工藝條件優(yōu)化的基礎(chǔ)上，進行中試驗證，打通工藝流程，獲得合格的單獨或者混兌油品，形成褐煤潔凈高效分級轉(zhuǎn)化新技術(shù)。 課題 2：合成氣高效轉(zhuǎn)化新催化體系研究 針對 FT合成強放熱和熱力學(xué)上低溫有利的特點，研究新一代低溫水相 FT合成的關(guān)鍵技術(shù)和科學(xué)問題，如高活性廉價 Fe、 Co納米粒子催化劑的制備方法和穩(wěn)定性控制等。 由于氣化與甲醇合成技術(shù)相對成熟，不列為本項目研究內(nèi)容； (3) 褐煤分級轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的甲烷和高純度 CO2，經(jīng)重整轉(zhuǎn)化為合成氣進 入系