Pressure-induced Breathing in Microporous Coordination Polymer Thin Films: A Mechanism for Gas Sensing

微孔配位聚合物薄膜中的压力诱导呼吸:气体传感机制

基本信息

  • 批准号:
    2304943
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With support from the Chemical Measurement and Imaging (CMI) Program in the Division of Chemistry, and partial co-funding from the Established Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR), Gregory Szulczewski and his group at the University of Alabama - Tuscaloosa are designing and characterizing special polymers intended for use in thin-film sensors for detection and quantitation of volatile organic compounds (VOCs). The work seeks better understanding of how the polymer swelling process differs from that in bulk solids. These insights in turn will be applied to the development of a new type of gas sensor technology, that, if successful, has potential for applications in the environmental, industrial, and agricultural sectors. The project will engage K-12 students, seeking to motivate them to consider studying science; activities will include scientific demonstrations and hands-on activities conducted at a local science museum and schools. Summer research projects are planned to engage students from HBCUs (Historically Black Colleges and Universities) who seek careers in science, technology, engineering and math.Microporous coordination polymers, or MCPs, have emerged as potential materials for catalysis, gas storage, gas separations, and chemical sensing. Critical to these applications is the well-defined porosity of the material. In some instances the structure is rigid, but some MCPs exhibit a breathing phenomenon, wherein lattice expansion can occur above a certain pressure of a given VOC, allowing rapid diffusion of the guest into the newly modified microporous host. The Szulczewski group aims to identify key design parameters for the synthesis of breathing MCP thin films and to establish the key structure-function relationships that will advance the basic understanding of lattice expansion. Specifically, the team will measure adsorption/desorption isotherms of VOCs in thin films of “breathing” MCPs to identify the “gate-opening” pressure. They will further probe the impact of varying MCP building blocks (i.e., metal ions and organic linkers) as well as the role of defects, film thickness, and general morphology on the mechanism of lattice expansion. Using parallel impedance measurements and an iterative feedback loop, these fundamental studies are targeting development of a new type of gas sensor technology.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.
在化学划分中的化学测量和成像(CMI)计划的支持下,并从既定计划的部分共同基金(EPSCOR)的部分共同基金会(EPSCOR),Gregory Szulczewski及其小组及其小组在阿拉巴马大学 - 图斯卡卢萨(Tuscaloosa (VOC)。该作品寻求更好地了解聚合物肿胀过程与散装固体中的不同之处。这些见解反过来将应用于开发一种新型的气体传感器技术,如果成功,该技术将有可能在环境,工业和农业领域进行应用。该项目将吸引K-12学生,试图激励他们考虑学习科学;活动将包括在当地科学博物馆和学校进行的科学演示和动手活动。夏季研究项目计划吸引来自HBCU(历史悠久的黑人学院和大学)的学生,他们寻求科学,技术,工程和数学的职业。MicroporporoporocationCordination Colymers或MCPS已成为催化剂,气体存储,气体分离和化学敏感性的潜在材料。这些应用至关重要的是材料定义明确的孔隙度。在某些情况下,结构是刚性的,但是有些MCP表现出呼吸现象,其中晶格的扩展可能会在给定VOC的一​​定压力之上发生,从而使客人快速扩散到新修饰的微孔宿主中。 Szulczewski组旨在确定呼吸MCP薄膜综合的关键设计参数,并建立关键的结构 - 功能关系,以提高对晶格扩展的基本理解。具体而言,团队将测量“呼吸” MCPS薄膜中VOC的添加吸附/解吸等温线,以识别“开门”压力。他们将进一步探讨不同的MCP构建块(即金属离子和有机接头)的影响,以及缺陷,膜厚度和一般形态对晶格扩展机理的作用。这些基本研究使用并行阻抗测量和迭代反馈循环,旨在开发一种新型的气体传感器技术。该奖项反映了NSF的法定任务,并通过使用基金会的智力优点和更广泛的影响来评估NSF的法定任务。

项目成果

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