Noble-Metal Nanocrystals in Metastable Phases

亚稳态贵金属纳米晶体

基本信息

  • 批准号:
    2105602
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2024-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

With funding from the Macromolecular, Supramolecular & Nanochemistry Program of the Chemistry Division, Dr. Younan Xia of the Georgia Institute of Technology and Dr. Manos Mavrikakis of the University of Wisconsin-Madison will conduct fundamental research toward controlling the spatial arrangement (i.e. the crystal phase or structure) of atoms in nanocrystals. Such control could provide a versatile means of tailoring the electronic structure and catalytic properties of metal nanocrystals, opening the door to the development of advanced catalytic materials key to energy conversion and key for the production of important chemicals and pharmaceuticals. An important goal is to enable cost-effective and sustainable use of precious metals, some of the scarcest elements in the earth’s crust. The multi-disciplinary and collaborative nature of this project offers a natural vehicle to enrich the education and training experiences of all participants. The results from this project will be adapted to enhance classroom teaching, including the development of demonstrations (animations and experiments) related to key concepts in chemistry and chemical engineering. The investigators will promote diversity in higher education by engaging women, member of underserved groups in this research project. Specifically, Dr. Younan Xia and Dr. Manos Mavrikakis are developing colloidal methods for the synthesis of metal (e.g., ruthenium) nanocrystals in non-conventional, metastable crystal phases, together with well-controlled shapes or surface structures. These nanocrystals may open up avenues for observing new phenomena, enhancing existing processes, and enabling innovative applications. Currently, there are only a very limited number of reports on the synthesis of metal nanocrystals in metastable phases owing to the lack of a mechanistic understanding. Through an integration of experimental studies and computational modeling, the investigators seek to elucidate the trends and mechanisms involved in the synthesis, striving to establish experimental conditions for the reliable production of a specific crystal phase. The ruthenium nanocrystals will be used as seeds to template the deposition of other noble metals for the facile synthesis of core-shell nanocrystals featuring new, metastable crystal structures. In the context of structure-property relationships, the investigators will evaluate the catalytic activities of the metastable nanocrystals toward the oxygen evolution and oxygen reduction reactions.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.
在化学部高分子、超分子和纳米化学项目的资助下,佐治亚理工学院的Younan Xia博士和威斯康星大学麦迪逊分校的Manos Mavrikakis博士将开展控制空间排列(即晶体)的基础研究。这种控制可以提供一种定制金属纳米晶体的电子结构和催化性能的通用方法。开发先进催化材料的大门是能源转换的关键,也是重要化学品和药品生产的关键。一个重要目标是实现贵金属(地壳中最稀有的元素)的成本效益和可持续利用。该项目的多学科和协作性质为丰富所有参与者的教育和培训经验提供了一个自然的工具。该项目的结果将用于加强课堂教学,包括与相关内容相关的演示(动画和实验)的开发。化学和化学中的关键概念研究人员将通过让女性、弱势群体成员参与该研究项目来促进高等教育的多样性。具体而言,Younan Xia 博士和 Manos Mavrikakis 博士正在开发用于合成金属(例如钌)纳米晶体的胶体方法。非常规的亚稳态晶相,以及良好控制的形状或表面结构,可能会为观察新现象、增强现有过程开辟途径。目前,由于缺乏机理理解,有关亚稳态金属纳米晶体合成的报道数量非常有限,研究人员试图通过实验研究和计算模型的结合来阐明这一趋势。以及合成过程中涉及的机制,努力建立可靠生产特定晶相的实验条件。钌纳米晶体将用作其他贵金属沉积的模板,以便于合成。具有新型亚稳态晶体结构的核壳纳米晶体,在结构-性能关系的背景下,研究人员将评估亚稳态纳米晶体对氧析出和氧还原反应的催化活性。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被视为值得通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响审查标准进行评估来支持。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Silver Nanocubes: From Serendipity to Mechanistic Understanding, Rational Synthesis, and Niche Applications
银纳米立方体:从偶然性到机理理解、合理合成和利基应用
  • DOI:
    10.1021/acs.chemmater.3c00472
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Pawlik, Veronica;Zhou, Shan;Zhou, Siyu;Qin, Dong;Xia, Younan
  • 通讯作者:
    Xia, Younan
Colloidal Synthesis of Metal Nanocrystals: From Asymmetrical Growth to Symmetry Breaking
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  • DOI:
    10.1021/acs.chemrev.2c00468
  • 发表时间:
    2023-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    62.1
  • 作者:
    Nguyen, Quynh N.;Wang, Chenxiao;Shang, Yuxin;Janssen, Annemieke;Xia, Younan
  • 通讯作者:
    Xia, Younan
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  • DOI:
    10.1002/chem.202301465
  • 发表时间:
    2023-08
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Lv, Tian;Liu, Maochang;Zhou, Siyu;Xia, Younan
  • 通讯作者:
    Xia, Younan
Phase-Controlled Deposition of Ru on Pd Nanocrystal Templates: Effects of Particle Shape and Size
Ru 在 Pd 纳米晶体模板上的相控沉积:颗粒形状和尺寸的影响
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.2c08825
  • 发表时间:
    2023-01-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    A. Janssen;Quynh N. Nguyen;Zhiheng Lyu;Veronica D. Pawlik;Chenxiao Wang;Younan Xia
  • 通讯作者:
    Younan Xia
Synthesis and Characterization of Pt‐Ag Icosahedral Nanocages with Enhanced Catalytic Activity toward Oxygen Reduction
具有增强氧还原催化活性的 Pt-Ag 二十面体纳米笼的合成与表征
  • DOI:
    10.1002/cnma.202200186
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Wang, Wenxia;Shi, Yifeng;Chen, Zitao;Zhao, Ming;Cao, Zhenming;Lyu, Zhiheng;Chen, Ruhui;Xiao, Kaijun;Chi, Miaofang;Xia, Younan
  • 通讯作者:
    Xia, Younan
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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知道了