Using conduction spin electron spectroscopy as a sensitive and selective probe for understanding the surface chemical control over the electronic behavior of metallic nanoparticles

使用传导自旋电子光谱作为敏感和选择性探针来了解金属纳米颗粒电子行为的表面化学控制

基本信息

  • 批准号:
    1609572
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2016
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2016-09-01 至 2019-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The Macromolecular, Supramolecular and Nanochemistry Program of the Division of Chemistry supports Dr. Benjamin Lear from the Pennsylvania State University, University Park. Dr. Lear's project characterizes the interactions between metallic nanoparticles and their surrounding environment. Metallic nanoparticles are extremely small particles of metal where at least one of the structural dimensions (length, width or thickness) is in the nanometer size range (1 to 100 nm). Metallic nanoparticles have a wide range of applications including chemical manufacturing, electronics design, and cancer treatment. In these applications, the environment near the nanoparticle surface can be quite diverse. Little is known about how these changes in environment affect the desirable electronic properties of the nanoparticles. This project develops and applies a new technique to understand the effects of the surrounding environment on the electronic properties of metal nanoparticles. The results of this research will lead to the development of new advanced technologies where the nanoparticle and surrounding environment interactions are optimized. As part of this project, Dr. Lear has multiple high school students working in his lab as part of a Pennsylvania State University outreach program that provides training to students from "at risk" schools.This project examines the influence of surface chemistry and chemical environments on the electronic structure of small (diameters of about 2 nm) gold nanoparticles (AuNPs). A large set of surface chemistries are examined, and the properties of the nanoparticles are studied using x-ray powder diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), nuclear magnetic resonance (NMR), electrochemistry, and conduction electron spin resonance (CESR). CESR provides a sensitive and selective probe of the electronic environment experienced by electrons near the Fermi energy within the metallic core. This project establishes the mechanism for the CESR response to changes in surface chemistry. Furthermore, this project explores the sensitivity of AuNPs to changes in their local environment by exploring the effects of changes in solvent, electrochemical potential, and ligands. A detailed understanding of the synergistic relationship between the electronics and surface chemistry of metals are critical for advances in device design and development. The project funding also support the involvement of high school students from "at risk" schools in cutting edge science aimed at understanding how surface chemistry affect electronic properties of metals.
化学系的大分子,超分子和纳米化学计划支持宾夕法尼亚州立大学公园的本杰明·李尔博士。 李尔博士的项目是金属纳米颗粒及其周围环境之间的相互作用。金属纳米颗粒是非常小的金属颗粒,其中至少一个结构尺寸(长度,宽度或厚度)在纳米尺寸范围内(1至100 nm)。 金属纳米颗粒具有广泛的应用,包括化学制造,电子设计和癌症治疗。 在这些应用中,纳米颗粒表面附近的环境可能非常多样化。对于这些环境中的这些变化如何影响纳米颗粒的理想电子特性,知之甚少。该项目开发并采用了一种新技术来了解周围环境对金属纳米颗粒电子特性的影响。这项研究的结果将导致新的先进技术的发展,在这些技术中,纳米颗粒和周围环境相互作用得到了优化。作为该项目的一部分,李尔博士在实验室中有多名高中生,作为宾夕法尼亚州立大学外展计划的一部分,该计划为“处于危险”学校的学生提供培训。该项目研究了地表化学和化学环境对小型(约2 nm)金纳米颗粒(AUNP)的小型(约2 nm)的电子结构的影响。检查了大量的表面化学分配,并使用X射线粉末衍射(XRD),透射电子显微镜(TEM),核磁共振(NMR),电化学和传导电子旋转共振(CESR)研究了纳米颗粒的性能。 CESR提供了对金属芯内Fermi能量附近的电子环境所经历的电子环境的敏感和选择性探针。该项目确定了CESR对表面化学变化的反应的机制。此外,该项目通过探索溶剂,电化学潜力和配体变化的影响来探讨AUNP对本地环境变化的敏感性。对金属的电子和表面化学之间的协同关系的详细理解对于设备设计和开发的进步至关重要。该项目资金还支持来自尖端科学“处于风险”学校的高中生的参与,旨在了解表面化学如何影响金属的电子特性。

项目成果

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  • 资助金额:
    $ 37.68万
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