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.
非技术摘要在材料研究部固态和材料化学项目的支持下,David Jenkins(美国田纳西州)和 Nathan Gianneschi(西北大学)教授正在研究金属有机纳米管(MONT),金属有机纳米管的一维类似物金属有机框架(MOF)。 金属有机纳米管是纳米尺度的吸管,由金属和有机成分(配体)之间的化学键构成。 改变配体的设计会改变结构内孔隙的大小,这是通过詹金斯小组的合成有机化学实现的。改变和调整孔径对于气体分离等应用非常重要。 MONT 要实现作为能够吸收液体和气体并传输它们的新型纳米材料的目标,控制它们的结构并在纳米长度尺度上理解它们至关重要。 因此,Gianneschi 小组用电子显微镜研究了它们的形成过程。 最后,将配体混合在一起可以形成共聚 MONT,其结构方式类似于塑料中的共聚。 将这些配体混合在一起提供了调整这些材料表面的机会。 该项目还为学生提供研究机会。此外,教授们还通过 YouTube 和 Wikipedia 等数字方式展示 MONT 的研究,从而向公众展示他们的研究成果。技术摘要在材料研究部固态和材料化学项目的支持下,David Jenkins 教授(U.田纳西州)和 Nathan Gianneschi(西北大学)正在研究金属有机纳米管 (MONT),金属有机框架 (MOF) 的一维类似物。 由于任何材料的维度决定了其性能、功能和应用范围,MONT 是一种重要的新型可调谐多孔材料,可与 MOF 互补。 该项目的基本愿望是开发一种系统控制 MONT 孔径、管填充、粒径和成分的方法。 孔径大小是通过形成 2 柱 MONT 的有机配体的等网状合成来控制的。 配体设计还用于调节 MONT 管之间的非共价相互作用,从而导致管堆积。 通过双相反应混合物(例如乳液)控制粒度。 最后,通过混合配体对产生这些材料的共聚来控制组成。使用单晶 X 射线衍射、粉末 X 射线衍射和固态 NMR 等测量方法研究宏观 MONT。 MONT 纳米束和合成过程中的动态过程通过电子显微镜技术(包括液相 TEM)进行研究。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,被认为值得支持。

项目成果

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知道了