Collaborative Research: Metal-Organic Nanotubes as Tunable Porous Fibers

合作研究:金属有机纳米管作为可调多孔纤维

基本信息

  • 批准号:
    2207224
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 45.59万
  • 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:
    2022-08-15 至 2025-07-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Non-technical AbstractWith the support of the Solid State and Materials Chemistry program in the Division of Materials Research, professors David Jenkins (U. Tennessee) and Nathan Gianneschi (Northwestern U.) are studying metal organic nanotubes (MONTs), the 1D analogues of metal organic frameworks (MOFs). Metal organic nanotubes are straws on the nanometer scale that are built from chemical bonds between metals and organic components (ligands). Changing the design of the ligands changes the size of pores within the structures, which is achieved with synthetic organic chemistry from the Jenkins group. Changing and tuning the pore size is important for applications such as gas separations. For MONTs to achieve their goal as new nanomaterials capable of drawing up fluids and gases and transporting them, it is critical to control their structure and understand them at the nanometer length scale. Therefore, the Gianneschi group studies their formation processes with electron microscopy. Finally, mixing ligands together allows for copolymerized MONTs in a manner structurally reminiscent of copolymerization in plastics. Blending these ligands together offers opportunities to tune the surfaces of these materials. The project also encompasses research opportunities for students. Moreover, the professors make their research accessible to the general public by showcasing research on MONTs through digital methods such as YouTube and Wikipedia.Technical AbstractWith the support of the Solid State and Materials Chemistry program in the Division of Materials Research, professors David Jenkins (U. Tennessee) and Nathan Gianneschi (Northwestern U.) are studying metal organic nanotubes (MONTs), the 1D analogues of metal organic frameworks (MOFs). Because the dimensionality of any material dictates its properties, functionality and application scope, MONTs are a critical new tunable porous material that are complementary to MOFs. The fundamental aspiration of this project is to develop a method to control the pore size, tube packing, particle size, and composition of MONTs systematically. The pore size is controlled through isoreticular synthesis of organic ligands that form 2-pillared MONTs. Ligand design is also employed to tune the non-covalent interactions, which leads to tube packing, between the MONT tubes. The particle size is controlled through biphasic reaction mixtures such as emulsions. Finally, the composition is controlled through blending ligand pairs yielding copolymerization of these materials. Macroscopic MONTs are studied using measurements such as single-crystal X-ray diffraction, powder X-ray diffraction, and solid-state NMR. Nano bundles of MONTs and dynamic processes during synthesis are investigated with electron microscopy techniques including liquid phase TEM.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.
非技术摘要与材料研究部固态和材料化学计划的支持,教授David Jenkins(U. Tennessee)和Nathan Gianneschi(U. Nathan Gianneschi(U.)都在研究金属有机纳米管(MONTS),Metal Organic Frameworks(MOFS)(MOFS)。 金属有机纳米管是由金属和有机成分(配体)之间的化学键建立的纳米尺度上的吸管。 改变配体的设计改变了结构内的孔的大小,这是通过詹金斯组的合成有机化学实现的。改变和调整孔径对于诸如气体分离等应用很重要。 为了使Monts实现其目标,因为新的纳米材料能够吸收液体和气体并运输它们,至关重要的是控制其结构并以纳米长度尺度理解它们。 因此,Gianneschi组通过电子显微镜研究其形成过程。 最后,将配体混合在一起,以结构让人联想到塑料中的共聚物的方式,可以使共聚物聚合。 将这些配体混合在一起提供了调整这些材料表面的机会。 该项目还涵盖了学生的研究机会。此外,教授通过通过数字方法(例如YouTube和Wikipedia)展示了对蒙特的研究,使他们的研究可以访问。金属有机框架(MOF)。 由于任何材料的尺寸都决定其特性,功能和应用范围,因此蒙托是一种与MOF互补的关键新可调多孔材料。 该项目的基本吸引力是开发一种系统地控制孔子大小,管子堆积,粒径和组成的方法。 孔径通过形成2柱子蒙特的有机配体的同核合成来控制孔径。 还采用配体设计来调整蒙特管之间的非共价相互作用,从而导致管子堆积。 粒径通过双相反应混合物(例如乳液)来控制。 最后,通过混合配体对控制这些材料的共聚。使用诸如单晶X射线衍射,粉末X射线衍射和固态NMR等测量结果研究了宏观蒙特。 通过包括液相TEM的电子显微镜技术研究了MONTS的纳米捆绑包和合成过程中的动态过程。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子的评估和更广泛的影响来通过评估来支持的。

项目成果

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知道了