Structure-Optoelectronic Property Relationships in Homogeneous and Heterogeneous/Gradient Alloyed Colloidal I-(II)-III-VI Quantum Dots

均质和异质/梯度合金胶体 I-(II)-III-VI 量子点的结构-光电性质关系

基本信息

  • 批准号:
    2304949
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 53.56万
  • 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:
    2023-07-01 至 2026-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

With support from the Macromolecular, Supramolecular and Nanochemistry Program (MSN) in the Division of Chemistry and the Established Program to Stimulate Competitive Research (EPSCoR), Colin Heyes and Robert Coridan of the University of Arkansas are combining advanced chemical synthesis and analysis tools to characterize the structural, optical and electronic properties of semiconducting nanoparticles (2 – 10 nanometers in diameter) composed of three or more elements. These elements replace toxic elements that are commonly used in semiconducting nanoparticles, such as cadmium, with more benign ones, such as copper, indium and zinc. However, much less is known about how to control the optical and electronic properties of nanoparticles incorporating these elements. Heyes, Coridan and their students are addressing this lack of knowledge by systematically varying the chemical synthesis of the nanoparticles and analyzing how this affects the resulting atomic structure and, in turn, the optical and electronic properties. These discoveries could lead to new materials for use in light emitting diodes, lasers, solar energy conversion, catalysis, chemical/biochemical sensors, and biomedical imaging. This support will also be used to help recruit and train underrepresented and first generation undergraduate students through summer workshops to be held at the University of Arkansas.Under this award, Drs. Heyes, Coridan and their students will study copper-(zinc)-indium chalcogenide and silver-(zinc)-indium chalcogenide nanoparticle quantum dots (QDs) in which the distribution and local environment of the CuInE2 or AgInE2 (E = S, Se, Te) emitting sites is varied by the synthesis conditions. Zinc is known to ion exchange with copper and indium in the CuInE2 lattice to form alloyed Cu(Zn)InE2 QDs or with silver and indium in the AgInE2 lattice to form alloyed Ag(Zn)InE2 QDs. Two important gaps in our understanding of these types of QDs are (i) What is the mechanism underlying this ion-exchange/alloying and (ii) what is the relationship between the structure resulting from the specific reaction conditions and the electronic structure/exciton decay pathways. This research will set out to examine these knowledge gaps by systematically synthesizing homogeneously alloyed and heterogeneous/gradient alloyed QDs. Particular attention will be paid to the heterogeneity in optical emission properties at the single nanoparticle level and in correlating these properties to atomic level structural information obtained using X-ray diffraction and spectroscopy techniques.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 (MSN) 以及刺激竞争性研究既定项目 (EPSCoR) 的支持下,阿肯色大学的 Colin Heyes 和 Robert Coridan 正在结合先进的化学合成和分析工具来表征由三种或多种元素组成的半导体纳米颗粒(直径 2 – 10 纳米)的结构、光学和电子特性这些元素取代了常见的有毒元素。 Heyes、Coridan 和他们的学生对如何控制包含这些元素的纳米粒子的光学和电子特性知之甚少。通过系统地改变纳米粒子的化学合成并分析其如何影响所得的原子结构以及光学和电子特性,解决了这种知识的缺乏。这些发现可能会导致新材料的使用。这项支持还将用于通过在阿肯色大学举办的夏季讲习班来帮助招募和培训代表性不足的第一代本科生。在该奖项下,Heyes、Coridan 博士和他们的学生将研究铜-(锌)-铟硫族化物和银-(锌)-铟硫族化物纳米粒子量子点(QD),其中 CuInE2 或 AgInE2(E = S、Se、Te)发射位点的分布和局部环境因合成条件而异,已知锌与 CuInE2 晶格中的铜和铟进行离子交换以形成合金。 Cu(Zn)InE2 量子点或与 AgInE2 晶格中的银和铟形成合金 Ag(Zn)InE2 量子点。我们对这些类型的量子点的理解是(i)这种离子交换/合金化的机制是什么,以及(ii)特定反应条件产生的结构与电子结构/激子衰变路径之间的关系是什么。将通过系统地合成均质合金和异质/梯度合金量子点来研究这些知识差距,并将特别关注单个纳米粒子水平上的光学发射特性的异质性以及这些特性的相关性。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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