The Determinants of Crystalline Phase in Bottom-Up Nanocrystal Synthesis

自下而上纳米晶合成中晶相的决定因素

基本信息

  • 批准号:
    2305161
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 47.86万
  • 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:
    2023-06-01 至 2026-05-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With the support of the Macromolecular, Supramolecular and Nanochemistry Program in the Division of Chemistry, Professor Janet Macdonald, from Vanderbilt University aims to help elucidate how nanocrystals form, as well as provide insight into their structure and hidden properties. The properties of all solids are determined by the elements that comprise them and their arrangement. Even a simple combination of two elements, like iron sulfide, can produce as many as nine different crystal formations with vastly different chemical and magnetic behavior, conductivity, color, other properties, and potential uses. This complexity makes crystalline science incredibly intriguing. The knowledge to be gained from this research project is expected to help in the discovery of conditions to produce individual nanocrystal types in pure form. Focusing research on nanocrystalline inorganic materials could ultimately unleash potentially disruptive technologies as this size of crystal generally has a great potential for applications in solar cells, batteries, medical magnetic imaging, semiconductors, and novel catalysts. One outreach activity of the project, involves using the knowledge gained on iron chemistry to rediscover long-lost methods for preparing ancient rock art of the Anishinaabe. In addition, this project will provide a rigorous research training for graduate and undergraduate students to help build the future workforce in science.Under this award, Professor Macdonald and her team will perform a wide, sweeping, and systematic study of the phase-controlled synthesis. Manganese, iron, cobalt, nickel, and copper chalcogenides (sulfides, selenides and tellurides) be examined in particular because they have particularly complex phase diagrams. Libraries of organochalcogenides will be employed to separate the role of the kinetic rate from the decomposition mechanism of the precursors in phase determination. Maps will be drawn of the phase landscape that will provide guidance for targeted synthetic changes to achieve one phase over another. The second aim strives to resolve a long-standing debate about how polytypes are controlled in nanocrystal synthesis. Tools gleaned from molecular coordination chemistry will be employed with the goal of achieving polymorphic phase control more broadly across the periodic table to target "ghost phases" that have been predicted but never seen.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.
在化学系高分子、超分子和纳米化学项目的支持下,范德比尔特大学的珍妮特·麦克唐纳教授旨在帮助阐明纳米晶体的形成方式,并深入了解其结构和隐藏的特性。所有固体的性质均由组成它们的元素及其排列决定。即使是硫化铁等两种元素的简单组合,也可以产生多达九种不同的晶体结构,这些晶体结构具有截然不同的化学和磁性行为、导电性、颜色、其他特性和潜在用途。这种复杂性使得晶体科学变得异常有趣。 从该研究项目中获得的知识预计将有助于发现以纯形式生产单个纳米晶体类型的条件。 专注于纳米晶无机材料的研究最终可能会释放出潜在的颠覆性技术,因为这种尺寸的晶体通常在太阳能电池、电池、医学磁成像、半导体和新型催化剂方面具有巨大的应用潜力。该项目的一项外展活动涉及利用在铁化学方面获得的知识来重新发现失传已久的制作 Anishinaabe 古代岩石艺术的方法。 此外,该项目将为研究生和本科生提供严格的研究培训,以帮助培养未来的科学人才。在该奖项下,麦克唐纳教授和她的团队将对相控合成进行广泛、全面、系统的研究。特别检查锰、铁、钴、镍和铜硫属化物(硫化物、硒化物和碲化物),因为它们具有特别复杂的相图。有机硫属化物库将用于将动力学速率的作用与相测定中前体的分解机制分开。将绘制阶段景观地图,为有针对性的综合变化提供指导,以实现一个阶段优于另一个阶段。 第二个目标致力于解决关于如何在纳米晶体合成中控制多型体的长期争论。从分子配位化学中收集的工具将用于在整个元素周期表中更广泛地实现多态相控制的目标,以针对已预测但从未见过的“鬼相”。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并被认为值得支持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。

项目成果

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