CAREER: Synthesis, Structures, and Properties of Crystalline Boron-Based Porous Materials

职业:结晶硼基多孔材料的合成、结构和性能

基本信息

项目摘要

TECHNICAL SUMMARY:The proposed research aims to develop a family of crystalline boron-imidazolate based nanoporous materials with compositional and topological features that mimic porous zeolites. These materials are unique because they are capable of integrating the advantages of coordination polymers (e.g., compositional and topological diversity) and covalent organic framework materials (e.g., lightweight). The synthetic strategy involves two major steps. The first is to create a library of boron-imidazolate molecular building blocks capable of serving as tetrahedral or trigonal vertices. These various pre-synthesized molecular building units will then be assembled with metal cations or clusters into three-dimensional infinite porous frameworks. This strategy is especially suited for the creation of ultra-light porous materials using the lightest possible elements from the periodic table (e.g., Li and B) and permits the development of materials with a variety of compositional and topological features. These crystalline porous materials will be structurally characterized and their various properties, particularly porosity and gas sorption characteristics, will be characterized to determine their application potentials in energy and environmental applications such as hydrogen storage, carbon dioxide sequestration, and selection gas separation. NON-TECHNICAL SUMMARY:The proposed research program aims to create a family of sponge-like porous materials for energy and environmental applications. Such materials may serve as high capacity adsorbents for on-board fuel storage or waste gas sequestration and they may also selectively trap toxic and radioactive metals for environmental remediation. The award will help the PI to design curricula and a range of research activities in solid state and materials chemistry that will provide training opportunities for undergraduate and graduate students, leading to publications and scholarly presentations involving these students. Because a large fraction of students in the PI's university and laboratory are from underrepresented groups, the program will broaden the participation of these students and promote diversity in solid state and materials research.
技术摘要:本研究旨在开发一系列基于结晶硼-咪唑盐的纳米多孔材料,其成分和拓扑特征模仿多孔沸石。这些材料之所以独特,是因为它们能够整合配位聚合物(例如,组成和拓扑多样性)和共价有机骨架材料(例如,轻质)的优点。合成策略涉及两个主要步骤。第一个是创建一个能够充当四面体或三角形顶点的硼咪唑分子构建块库。然后,这些各种预合成的分子构建单元将与金属阳离子或簇组装成三维无限多孔框架。该策略特别适合使用元素周期表中最轻的元素(例如 Li 和 B)创建超轻多孔材料,并允许开发具有各种成分和拓扑特征的材料。这些结晶多孔材料将进行结构表征,并表征其各种性能,特别是孔隙率和气体吸附特性,以确定它们在能源和环境应用(例如储氢、二氧化碳封存和选择气体分离)中的应用潜力。非技术摘要:拟议的研究计划旨在创建一系列用于能源和环境应用的海绵状多孔材料。此类材料可以用作机载燃料储存或废气封存的高容量吸附剂,并且它们还可以选择性地捕获有毒和放射性金属以进行环境修复。该奖项将帮助 PI 设计固态和材料化学方面的课程和一系列研究活动,为本科生和研究生提供培训机会,从而促成这些学生的出版物和学术演讲。由于 PI 大学和实验室的大部分学生来自代表性不足的群体,因此该计划将扩大这些学生的参与范围,并促进固态和材料研究的多样性。

项目成果

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