Electrochemical dynamics of nanoparticles suspended in an ionic liquid or organic ionic plastic crystal

悬浮在离子液体或有机离子塑料晶体中的纳米粒子的电化学动力学

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2019-06074
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.11万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2021-01-01 至 2022-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The main objective of our research program is the development of multi-purpose, flexible/mouldable electrode and electrolyte materials for health, energy storage, and catalytic applications. Long-term objectives will be towards evaluating nanocomposite materials incorporating plastic bulk material properties with embedded metal nanoparticles (NPs) for enhanced reactivity as well as improved ionic and electronic conductivity. Since electrode reactions are heterogeneous, occurring at either solid|solution or immiscible liquid|liquid interfaces, understanding interfacial reaction mechanisms and kinetics/thermodynamics is crucial for optimizing electrode material performance. This is complicated by the surface morphology (e.g. roughness),  which inhibit or enhance species adsorption. To deconvolute interfacial reactions, we will use high-resolution (nanoscale) electrochemical imaging, which images surface electroactivity and topography, simultaneously in situ and in operando. These nanoprobes are capable of distinguishing single NPs. Physicochemical and electrocatalytic information is in turn a direct measure of device performance. In this way, we will assess material suitability and fill gaps in fundamental physical/material chemistry knowledge. Combined with conventional electrochemical methods (e.g. cyclic voltammetry and impedance spectroscopy), we will develop predictive models of nanocomposite material performance, which will enable us to develop new technologies and new scanning probe methodologies. We will also install electroactive materials into our nanoprobes to make highly sensitive proof-of-concept (bio)sensors. For NPs suspended in liquid media, we will employ techniques such as single NP tracking in tandem with stochastic NP impact detection to elucidate NP reactivity and NP generation/destruction processes. Short-term objectives will focus on metal NPs embedded in ionic liquids (ILs) or organic ionic plastic crystals (OIPCs). ILs are liquid at room temperature, while OIPCs are plastic. Through our scanning probe methods, we will gain insight into NP-NP and NP-IL/NP-OIPC interactions. We will explore simple one-step charge transfer processes, up to multi-step electrocatalysis. The impact of NPs on the physicochemical and morphological properties of IL and OIPC films will also be investigated, where they have been shown to enhance viscosity and the formation of defects/grain boundaries, respectively. These in-turn enhance ionic and electronic conductivity. The role of NPs in electrocatalysis in OIPC is virtually unexplored and will be a major focus of the research team at Memorial. Our work will contribute to Canada's leadership in the fields of electrocatalysis, advanced sensing, energy storage/harvesting, high resolution scanning probe imaging, and optical spectroscopy. HQP will develop highly valued electroanalytical, scanning probe, computational, synthetic, and materials characterization skills.
我们的研究计划的主要目的是开发用于健康,能源储能和催化应用的多用途,柔性/可变电极和电解质材料。长期目标将用于评估用嵌入式金属纳米颗粒(NP)编码塑料材料特性(NP)的纳米复合材料,以增强反应性以及改善的离子和电子电导率。由于电极反应是异质的,因此在固体|溶液或不混溶液体界面上发生,因此了解界面反应机制和动力学/热力学对于优化电极材料性能至关重要。这是由于表面形态(例如粗糙度)而复杂的,这种形态抑制或增强物种会增加吸附。为了进行反应界面反应,我们将使用高分辨率(纳米级)电化学成像,这些成像图像表面电动性和地形很容易,很容易在原位和操作中。这些纳米探针能够区分单个NP。物理化学和电催化信息反过来又是对设备性能的直接度量。这样,我们将评估物质适用性并填补基本物理/材料化学知识的空白。结合常规的电化学方法(例如环状伏安法和阻抗光谱法),我们将开发纳米复合材料性能的预测模型,这将使​​我们能够使我们能够将电活性材料安装到纳米探针中,以使高度敏感的概念性概念概念性概念(BIO)传感器。对于悬浮在液体培养基中的NP,我们将采用具有随机NP冲击检测的串联的单个NP跟踪,以阐明NP反应性和NP的产生/破坏过程。短期目标将集中于嵌入离子液体(ILS)或有机离子塑性晶体(OIPC)的金属NP上。 IL在室温下是液体,而OIPC为塑料。通过扫描探针方法,我们将深入了解NP-NP和NP-IL/NP-OIPC相互作用。我们将探索简单的一步电荷传输过程,直至多步电催化。还将研究NP对IL和OIPC膜的物理和形态学特性的影响,在此期间它们被证明可以增强粘度和缺陷/晶界的形成。这些向内增强的离子和电子电导率。 NP在电催化在OIPC中的作用几乎是出乎意料的,将成为纪念馆研究团队的主要重点。我们的工作将有助于加拿大在电催化,高级敏感性,能源存储/收获,高分辨率扫描探针成像和光谱光谱方面的领导领域。 HQP将开发高价值的电分析,扫描探针,计算,合成和材料表征技巧。

项目成果

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