EAGER: Collaborative Research: Hybrid Quantum Dot-Metal Nanocrystals for Photoreduction of CO2: Synthesis, Spectroscopy and Catalysis

EAGER:合作研究:用于二氧化碳光还原的混合量子点金属纳米晶体:合成、光谱学和催化

基本信息

  • 批准号:
    1936228
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 15万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-08-15 至 2021-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Efficient, sustainable, and cost-effective reaction of combustion-generated carbon dioxide to fuels and chemicals remains one of the leading technical challenges of our times. Among sustainable technologies, the direct conversion of solar energy to chemical energy, as accelerated by catalytic materials, is one of the most attractive options, but is limited by the efficiency of the solar-to-chemical energy conversion. The project will investigate a new combination of catalytic materials, and methods for structuring those materials, that has potential to further increase both the rate and efficiency of solar-driven carbon dioxide reactions. The study also utilizes an ultrafast spectroscopic technique that may shed new light on the energy conversion process - knowledge that can be extended to a wide range of applications beyond photocatalysis. The project will generate insight that supports technologies critical to our nation's future energy security while decreasing carbon emissions.Energy sustainability and environmental protection has created an urgent need to develop new methods that efficiently, selectively, and sustainably convert carbon dioxide (CO2) into valuable chemicals and fuels. Among existing technologies, solar-driven photoreduction and transformation of CO2 into carbon-based fuels represents an attractive method due to its sustainability and its minimal environmental impact. High-performance photocatalysts are the key to achieving effective CO2 photoreduction. The collaborative project will perform proof-of-principle studies of novel nanocatalysts for solar-driven CO2 photoreduction based on hybrids of semiconductor core@shell quantum dots (QDs, e.g., CdSe@CdS) and gold (Au) nanoparticles (NPs). CdSe@CdS core-shell QDs can efficiently capture solar energy in the entire ultraviolet and most of the visible spectral range due to their low bandgap of 1.9 eV as well as having a highly reductive conduction band. Meanwhile, Au NPs show high CO2 binding affinity and excellent reaction selectivity (e.g., CO2 to CO). Coupling CdSe@CdS semiconductor QDs with Au NPs through direct epitaxial growth has the potential to greatly improve the overall conversion efficiency of solar energy to chemical fuels. To this end, the project will explore new synthetic methods towards synthesizing QD-metal hybrid nanomaterials with precise control over size, shape, geometry, and lattice strain. The unique HNC structures make it possible to efficiently transfer multiple electrons as quantitatively detected by ultrafast transient absorption spectroscopy, thereby providing fundamental understanding of the relationships between structural parameters and charge separation/transfer processes between the QDs and Au, as well as photocatalytic performance of QD-Au. Beyond the technical aspects of the project, the investigators will collaborate in organizing annual events such as workshops and outreach days featuring nanoscience and clean energy at both universities. The outreach activities will be designed to stimulate the interests of students from high schools in pursing STEM-related higher education. In addition, scientific symposia will be organized with the goal of highlighting research opportunities related to photocatalytic CO2 reduction.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
燃烧产生的二氧化碳与燃料和化学品的高效、可持续且经济高效的反应仍然是我们这个时代的主要技术挑战之一。 在可持续技术中,通过催化材料加速将太阳能直接转化为化学能是最有吸引力的选择之一,但受到太阳能到化学能转化效率的限制。 该项目将研究催化材料的新组合以及构建这些材料的方法,有可能进一步提高太阳能驱动的二氧化碳反应的速率和效率。 该研究还利用了超快光谱技术,该技术可能为能量转换过程提供新的线索——这些知识可以扩展到光催化以外的广泛应用。 该项目将产生见解,支持对我们国家未来能源安全至关重要的技术,同时减少碳排放。能源可持续性和环境保护迫切需要开发新方法,以有效、选择性和可持续地将二氧化碳 (CO2) 转化为有价值的化学品和燃料。 在现有技术中,太阳能驱动的光还原和将二氧化碳转化为碳基燃料由于其可持续性和对环境影响最小而成为一种有吸引力的方法。高性能光催化剂是实现有效二氧化碳光还原的关键。该合作项目将基于半导体核壳量子点(QD,例如 CdSe@CdS)和金(Au)纳米颗粒(NP)的混合体,对用于太阳能驱动的二氧化碳光还原的新型纳米催化剂进行原理验证研究。 CdSe@CdS核壳量子点由于其1.9 eV的低带隙以及高还原性导带,可以有效捕获整个紫外和大部分可见光谱范围内的太阳能。同时,Au NPs 表现出高 CO2 结合亲和力和优异的反应选择性(例如,CO2 到 CO)。 通过直接外延生长将CdSe@CdS半导体量子点与Au NPs耦合有可能大大提高太阳能到化学燃料的整体转换效率。 为此,该项目将探索新的合成方法,以精确控制尺寸、形状、几何形状和晶格应变来合成量子点-金属杂化纳米材料。 独特的HNC结构使得超快瞬态吸收光谱定量检测的多个电子的有效转移成为可能,从而提供对QD和Au之间的结构参数和电荷分离/转移过程之间的关系以及QD的光催化性能的基本了解-金。 除了该项目的技术方面之外,研究人员还将合作组织年度活动,例如在两所大学举办以纳米科学和清洁能源为主题的研讨会和外展日。外展活动旨在激发高中生追求 STEM 相关高等教育的兴趣。 此外,还将组织科学研讨会,旨在突出与光催化二氧化碳减排相关的研究机会。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Colloidal Assembly of Au–Quantum Dot–Au Sandwiched Nanostructures with Strong Plasmon–Exciton Coupling
具有强等离子体激子耦合的金-量子点-金夹层纳米结构的胶体组装
  • DOI:
    10.1021/acs.jpclett.0c00110
  • 发表时间:
    2020-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Luo, Yi;Wang, Yongchen;Liu, Muqiong;Zhu, Hua;Chen, Ou;Zou, Shengli;Zhao, Jing
  • 通讯作者:
    Zhao, Jing
Surface Basicity of Metal@TiO 2 to Enhance Photocatalytic Efficiency for CO 2 Reduction
金属@TiO 2 的表面碱度可提高光催化CO 2 还原效率
  • DOI:
    10.1021/acsami.1c09119
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Jin, Lei;Shaaban, Ehab;Bamonte, Scott;Cintron, Daniel;Shuster, Seth;Zhang, Lei;Li, Gonghu;He, Jie
  • 通讯作者:
    He, Jie
Do polymer ligands block the catalysis of metal nanoparticles? Unexpected importance of binding motifs in improving catalytic activity
  • DOI:
    10.1039/d0ta03906c
  • 发表时间:
    2020-08-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Lei Zhang;Zichao Wei;Michael Meng;G. Ung;Jie He
  • 通讯作者:
    Jie He
Crystalline Mesoporous Complex Oxides: Porosity‐Controlled Electromagnetic Response
结晶介孔复合氧化物:孔隙率——受控的电磁响应
  • DOI:
    10.1002/adfm.201909491
  • 发表时间:
    2020-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    19
  • 作者:
    Jin, Lei;Su, Xingsong;Shi, Jianhang;Shih, Kuo‐Chih;Cintron, Daniel;Cai, Tong;Nieh, Mu‐Ping;Chen, Ou;Suib, Steven L.;Jain, Menka;et al
  • 通讯作者:
    et al
Highly Crystalline Mesoporous Titania Loaded with Monodispersed Gold Nanoparticles: Controllable Metal–Support Interaction in Porous Materials
负载单分散金纳米粒子的高结晶介孔二氧化钛:可控金属——支持多孔材料中的相互作用
  • DOI:
    10.1021/acsami.9b20231
  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.5
  • 作者:
    Jin, Lei;Liu, Ben;Louis, Michael E.;Li, Gonghu;He, Jie
  • 通讯作者:
    He, Jie
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Jie He其他文献

Nomogram to Predict Overall Survival for Thoracic Esophageal Squamous Cell Carcinoma Patients After Radical Esophagectomy
列线图预测胸段食管鳞状细胞癌患者根治性食管切除术后的总体生存率
  • DOI:
    10.1245/s10434-019-07393-w
  • 发表时间:
    2019-06-10
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    W. Deng;Wencheng Zhang;Jinsong Yang;W. Ni;Shufei Yu;Chen Li;X. Chang;Zongmei Zhou;Dong;Q. Feng;Xiaohui Chen;Yu Lin;K. Zhu;Xiong;Jie He;Shugeng Gao;Q. Xue;Y. Mao;G. Cheng;K. Sun;Xiang;D. Fang;Junqiang Chen;Z. Xiao
  • 通讯作者:
    Z. Xiao
The impacts of corporate social responsibility on organization citizenship behavior and task performance in hospitality
企业社会责任对酒店业组织公民行为和任务绩效的影响
A clinical observation of stage I implant breast reconstruction for mass-like granulomatous lobular mastitis.
Ⅰ期种植体乳房再造术治疗肿块样肉芽肿性小叶乳腺炎的临床观察
  • DOI:
    10.21037/gs-21-417
  • 发表时间:
    2021-01-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.8
  • 作者:
    Chao;Yaqin Wu;Huiling Wang;Jie Zeng;Shan;Jie He;Zheng Zeng;Runzhang Wu;Qian Li;Peizhi Fan
  • 通讯作者:
    Peizhi Fan
Estimation of downward surface shortwave radiation from Himawari-8 atmospheric products
Himawari-8 大气产物向下表面短波辐射的估计
  • DOI:
    10.11834/jrs.20198033
  • 发表时间:
    2024-09-14
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Run Ma;L. Husi;Huazhe Shang;Ri A’NA;Jie He;Xu Han;Ziming Wang
  • 通讯作者:
    Ziming Wang
The INS and UWB Fusion System Based on Kalman Filter
基于卡尔曼滤波器的INS与UWB融合系统

Jie He的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Jie He', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: SUSCHEM: Engineering Polymer-Nanocatalyst Membranes for Direct Capture of CO2 and Electrochemical Conversion to C2+ Liquid Fuel
合作研究:SUSCHEM:用于直接捕获 CO2 和电化学转化为 C2 液体燃料的工程聚合物纳米催化剂膜
  • 批准号:
    2324346
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SusChEM: C-H Bond Electroactivation of Nonpolar Organic Substrates in Water: Enzyme-Mediated Reaction Pathways in Microemulsions
SusChEM:水中非极性有机底物的 C-H 键电活化:微乳液中酶介导的反应途径
  • 批准号:
    2035669
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CAREER: Hydrological Sensitivity Across Timescales
职业:不同时间尺度的水文敏感性
  • 批准号:
    2047270
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: CAS: Carbene-Containing Ligands on Cu and Cu3N Nanocubes: Access to Stable and Selective Electrolysis for CO2 Reduction
合作研究:CAS:Cu 和 Cu3N 纳米立方体上的含卡宾配体:获得稳定和选择性电解以还原 CO2
  • 批准号:
    2102245
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Solar-Driven Hydrogenation of CO2 using Hierarchically Porous TiO2 with Spatially Isolated Au and Pt Nanoparticles
合作研究:利用分级多孔 TiO2 与空间隔离的 Au 和 Pt 纳米粒子进行太阳能驱动的 CO2 氢化
  • 批准号:
    1705566
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

基于交易双方异质性的工程项目组织间协作动态耦合研究
  • 批准号:
    72301024
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
医保基金战略性购买促进远程医疗协作网价值共创的制度创新研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    45 万元
  • 项目类别:
    面上项目
面向协作感知车联网的信息分发时效性保证关键技术研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
面向5G超高清移动视频传输的协作NOMA系统可靠性研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于自主性边界的人机协作-对抗混合智能控制研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Collaborative Research: EAGER: Designing Nanomaterials to Reveal the Mechanism of Single Nanoparticle Photoemission Intermittency
合作研究:EAGER:设计纳米材料揭示单纳米粒子光电发射间歇性机制
  • 批准号:
    2345582
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER/Collaborative Research: An LLM-Powered Framework for G-Code Comprehension and Retrieval
EAGER/协作研究:LLM 支持的 G 代码理解和检索框架
  • 批准号:
    2347623
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
EAGER/Collaborative Research: An LLM-Powered Framework for G-Code Comprehension and Retrieval
EAGER/协作研究:LLM 支持的 G 代码理解和检索框架
  • 批准号:
    2347624
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: EAGER: IMPRESS-U: Groundwater Resilience Assessment through iNtegrated Data Exploration for Ukraine (GRANDE-U)
合作研究:EAGER:IMPRESS-U:通过乌克兰综合数据探索进行地下水恢复力评估 (GRANDE-U)
  • 批准号:
    2409395
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: EAGER: The next crisis for coral reefs is how to study vanishing coral species; AUVs equipped with AI may be the only tool for the job
合作研究:EAGER:珊瑚礁的下一个危机是如何研究正在消失的珊瑚物种;
  • 批准号:
    2333604
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 15万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了