Directed Ionic Transport in Poly(Ionic Liquid)-Grafted Nanoparticles in Polarizable Media

可极化介质中聚(离子液体)接枝纳米粒子的定向离子传输

基本信息

  • 批准号:
    2104924
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-07-01 至 2024-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PART 1: NON-TECHNICAL SUMMARYThis project aims to develop sustainable materials for their ion transport properties in solutions, which is important for membrane applications for water treatment, as well as electrolytes for energy applications. The PI aims to investigate the nanoscale dynamics, transport, and structural behavior in ionic media of nanoparticles with attached polyelectrolyte and poly(ionic liquid) molecules. The concept of polarization of the ionic liquids and electrolyte molecular chains will be investigated; it can find transformative uses for magnetic polyelectrolyte hybrids. The molecular conformational behavior of polyelectrolytes as well as ionic transport in poly(ionic liquid)-based copolymer-grafted nanoparticles and their morphologies will determine the transport efficiency of the membranes. The PI plans to use the project deliverables in undergraduate level chemical engineering courses and will also work with high school science teachers to help course development on nanotechnology. Multifaceted educational approaches will include virtual nanoscience educator workshops. PART 2: TECHNICAL SUMMARYPolyelectrolytes and poly(ionic liquids), possessing strong ion binding and ion transport properties, can exhibit switchable responses which make them ideal candidates for sustainable membranes with easy regeneration; similarly, polyelectrolytes with enhanced durability and ion transport. This project aims to investigate the role of hydrogen-bonding and polarization of molecules on the conformations and orientations of electrolytes, either as solvent medium or as polymer chains. Network formation in polyelectrolyte-grafted particles under fields will be examined using rheology and small-angle neutron scattering experiments. Interactions between the polyelectrolytes and the solvent media will determine the solvation state, ion transport, conductivity, viscoelastic properties and the polarization of chains. In addition, hydrogen interactions between non-conductive polymer, poly(methyl methacrylate), and imidazolium-based ionic liquid will be verified by Raman and nuclear magnetic resonance spectroscopic techniques, and the polarization of ionic liquids with the polymer-grafted particles will be studied through in-situ TEM experiments. Imidazolium based poly(ionic liquid) (PIL)-grafted particles will be synthesized and their interactions with the ionic liquid medium will be explored to understand ionic conductivity. Two copolymer-grafted nanoparticles with different PIL blocks will be prepared and the ion conduction mechanism in ionic liquid will be investigated. Ultimately, the morphological study will be correlated to the conductivity. The overall aim of the proposed research is to explore the hydrogen interaction-induced and polarized structures of nanoparticle-based polyelectrolytes in solutions. The research plan will underpin the fundamental mechanism of orientations both for the polymer and for the ionic liquid media and will help us understand competing factors and how they influence the ion transport properties through nanoscale interactions..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.
第1部分:非技术总结项目旨在为其在解决方案中的离子运输特性开发可持续材料,这对于水处理膜应用以及用于能源应用的电解质很重要。 PI旨在研究具有附着的聚电解质和聚(离子液体)分子的纳米颗粒离子介质中的纳米级动力学,运输和结构行为。将研究离子液体和电解质分子链极化的概念;它可以找到用于磁性聚电解质杂种的变革性用途。聚电解质的分子构象行为以及基于聚离子液体)基于聚离子液体的共聚物纳米颗粒及其形态的分子构象行为将决定膜的转运效率。 PI计划在本科水平的化学工程课程中使用该项目可交付成果,还将与高中科学教师合作,以帮助纳米技术课程开发。多方面的教育方法将包括虚拟纳米科学教育工作者研讨会。第2部分:具有较强的离子结合和离子传输特性的技术摘要聚电解质和聚离子液体可以表现出可切换的响应,使其成为具有易于再生的可持续膜的理想候选;同样,具有增强耐用性和离子传输的聚电解质。该项目旨在研究分子的氢键和极化对电解质的构象和方向的作用,无论是溶剂培养基还是聚合物链。在田地下,聚电解质枝的颗粒中的网络形成将使用流变学和小角度的中子散射实验检查。聚电解质与溶剂介质之间的相互作用将确定溶剂化状态,离子传输,电导率,粘弹性特性和链的极化。另外,非导电聚合物,聚(甲基甲基丙烯酸甲酯)和基于咪唑的离子液体之间的氢相互作用将通过拉曼和核磁共振光谱技术来验证,以及将离子液化与聚合物接枝颗粒的极化通过situ-grofted tem进行。将合成基于咪唑的聚(离子液体)(PIL)植物的颗粒,并将探索它们与离子液体培养基的相互作用以了解离子电导率。将制备两个具有不同PIL块的共聚物接枝纳米颗粒,并研究离子液体中的离子传导机制。最终,形态学研究将与电导率相关。拟议研究的总体目的是探索溶液中纳米颗粒的聚电解质的氢相互作用诱导的和极化结构。该研究计划将支持聚合物和离子液体媒体的基本机制,并将帮助我们了解竞争因素以及它们如何通过纳米级互动来影响离子运输属性。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基金会的知识优点和广泛的影响来评估NSF的法定任务,并被认为是通过评估值得的。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ion Channels in Sulfonated Copolymer-Grafted Nanoparticles in Ionic Liquid
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    10.1039/d2sm00725h
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Li, Ruhao;Han, Yuke;Akcora, Pinar
  • 通讯作者:
    Akcora, Pinar
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Li, Ruhao;Feng, Yi;Akcora, Pinar
  • 通讯作者:
    Akcora, Pinar
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