International Research Fellowship Program: Hyperpolarized Solid State NMR Spectra of Materials and Catalysis Using Dynamic Nuclear Polarization

国际研究奖学金计划:使用动态核极化的材料和催化的超极化固态核磁共振谱

基本信息

  • 批准号:
    0965137
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 12.29万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Fellowship Award
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-09-01 至 2012-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

0965137CasabiancaThe International Research Fellowship Program enables U.S. scientists and engineers to conduct nine to twenty-four months of research abroad. The program's awards provide opportunities for joint research, and the use of unique or complementary facilities, expertise and experimental conditions abroad.This award will support a twenty-four-month research fellowship by Dr. Leah B. Casabianca to work with Dr. Lucio Frydman at the Weizman Institute in Israel.Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy is undoubtedly one of the most versatile and useful tools for the determination of structure and dynamics in chemical systems and materials. No other technique compares in the wealth of atomistic detail that can become available from this kind of spectroscopy. The greatest disadvantage of NMR spectroscopy, however, is its low sensitivity. NMR would be ideally suited for structural studies of catalytic organic systems, functionalized surfaces, or inorganic nanotubes ? should only its sensitivity problems be surmounted. This goal of this work is the development of new NMR techniques exploiting cryogenic dynamic nuclear polarization (DNP) to characterize hyperpolarized nuclei in static solids. The application of DNP to metal nuclei in solids will be validated, optimized and understood through the development of pulse sequences, optimal hyperpolarization conditions for polarization transfer specifically to metal nuclei, and hardware for use in cryogenic environments. These approaches will then be used to examine metal nuclei in catalysts and inorganic nanotubes. A concomitant goal of this project is to examine the feasibility of using endogenous paramagnetic impurities present in single-walled carbon nanotubes (SWNTs) and nanodiamonds as polarizing agents for DNP, enhancing the signal of 13C nuclei in these carbon nanomaterials. Catalysts are ubiquitous in synthetic and industrial chemistry as well as in everyday life, inorganic nanotubes have unique potential applications due to their non-toxic nature, and carbon nanomaterials have applications ranging from membranes and sensors to batteries and nanoelectronics. Whereas structural characterization in these fields has traditionally been dominated by low-resolution techniques, sensitivity-enhanced NMR has the potential to allow atomic-level characterization of these and other emerging advanced materials. The proposed work will lead to advances in the field of hyperpolarized solid-state NMR, and will also have a positive impact on other fields including catalysis and materials science. The techniques being developed will allow the characterization of systems that have traditionally been difficult to study by NMR due to the inherent sensitivity limitations of this method, thus advancing the field of NMR by increasing the applicability of this technique. In addition, this project will contribute to the understanding of hyperpolarization processes in general. This work will benefit society through the potential applications of metal-containing catalysts, inorganic nanotubes, SWNTs, and other carbon-based nanomaterials. Atomic-level structural characterization of these materials will allow applications of these systems in the biomedical, electronics, automotive, and aerospace industries to be realized.
0965137CASABIATATHE国际研究奖学金计划使美国科学家和工程师能够在国外进行九至二十四个月的研究。 该计划的奖项为联合研究提供了机会,并在国外使用独特或补充设施,专业知识和实验条件。该奖项将支持Leah B. Casabianca博士与Lucio Frydman博士合作的二十四个月研究奖学金。在以色列的Weizman Institute。核磁共振(NMR)光谱无疑是确定化学系统和材料中结构和动力学的用途最广泛,最有用的工具之一。 没有其他技术比较原子质细节,可以从这种光谱中获得。 但是,NMR光谱法的最大缺点是其低灵敏度。 NMR非常适合催化有机系统,功能化表面或无机纳米管的结构研究?应仅克服其灵敏度问题。 这项工作的这一目标是开发开发了利用低温动态核极化(DNP)来表征静态固体中超极化核的发展。 通过开发脉冲序列的开发,特异性转移到金属核的极性转移以及用于低温环境中的硬件,将验证,优化和理解DNP在固体中的金属核中的应用。 然后,这些方法将用于检查催化剂和无机纳米管中的金属核。 该项目的一个伴随目标是检查使用单壁碳纳米管(SWNT)中存在的内源性顺磁杂质的可行性和作为DNP的极化剂,从而增强了这些碳纳米材料中13C核的信号。 催化剂在合成和工业化学以及日常生活中无处不在,由于其无毒性,无机纳米管具有独特的潜在应用,并且碳纳米材料具有从膜和传感器到电池和电池和纳米电子的应用。 传统上,这些领域中的结构表征是由低分辨率技术主导的,但灵敏度增强的NMR具有允许原子级表征的潜力和其他出现的高级材料。 拟议的工作将导致超极化固态NMR领域的进步,并且还将对包括催化和材料科学在内的其他领域产生积极影响。 所开发的技术将允许由于该方法的固有灵敏度限制而传统上很难研究的系统表征,从而通过提高该技术的适用性来推进NMR领域。 此外,该项目将有助于对超极化过程的理解。 这项工作将通过含金属催化剂,无机纳米管,SWNT和其他基于碳的纳米材料的潜在应用来使社会受益。 这些材料的原子水平结构表征将允许这些系统在生物医学,电子,汽车和航空航天行业中应用。

项目成果

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