Development of Novel-Scheme Tip-Enhanced Raman Spectroscopy and Its Application in Realistic Conditions -- Photochemistry of MoS2

新型尖端增强拉曼光谱的研制及其实际应用——MoS2的光化学

基本信息

  • 批准号:
    1905043
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2025-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Scanning probe microscopy methods that provide chemical maps of the surface of objects hold promise for revealing information that is useful for making chemical reactions more efficient and developing faster electronic and optical devices. Scanning probe microscopes may one day yield chemical images of individual molecules in a variety of environments, but this potential to visualize such small objects has been stymied due to limitations associated with effectively and simply integrating the probe element into the microscope system. With support from the Chemical Measurement and Imaging Program and partial co-funding from the Macromolecular, Supramolecular and Nanochemistry Program in the Division of Chemistry, Professors Zhenrong Zhang and Howard Lee at Baylor University are developing tip-enhanced Raman spectroscopy techniques that allow for imaging of individual nanometer-sized objects in their native environments, as a result of novel, integrated fiber optic probe tips made by sophisticated microfabrication methods. This new approach to building chemical imaging systems significantly simplifies microscope operation and yields a method for visualizing tiny amounts of sample. The Baylor team readily investigates chemical reactions on catalyst surfaces in gas and liquid environments. Due to the practical and accessible nature of the new nanoscale chemical imaging tool, the research may impact research in materials, biomedical, and optoelectronic sciences. Professors Zhang and Lee are providing undergraduate and technical college students new learning and research opportunities in optics and scanning probe microscopy. Such student skill sets are valuable for the students' future careers. The Baylor team is also providing broad, public education and outreach to the Waco community through frequent hands-on optics and spectroscopy events at the Mayborn Museum. This project develops a user-friendly, tip-enhanced, Raman spectroscopy nanoscale chemical imaging system that is based on an optical alignment-free design, namely, an integrated plasmonic fiber-tip assembly. The fiber-tip assembly can be easily integrated into existing scanning probe microscope designs. This unique approach provides a simple path for independent delivery of excitation light to and collection of light from a sample, which offers high light coupling efficiency and virtually nonexistent far-field background interference. As a result, sample signals are highly sensitive and provide detection limits approaching that of single molecules. The plasmonic nanostructured optical fibers merge the fields of plasmonics and fiber optics, thereby enabling tip-enhanced Raman spectroscopy imaging applications in numerous gaseous and liquid environments. The specific objectives of this proposal are to demonstrate nanoscale mapping using fiber-tip-enhanced Raman spectroscopy imaging and study the photochemistry of molybdenum sulfide (MoS2) at the nanometer scale in a controlled ambient pressure environment. The team also seeks to demonstrate fiber-tip-enhanced Raman spectroscopy imaging in a liquid environment via the use of field-tunable plasmonic materials.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.
提供物体表面化学图谱的扫描探针显微镜方法有望揭示有助于提高化学反应效率和开发更快的电子和光学设备的信息。扫描探针显微镜可能有一天会在各种环境中产生单个分子的化学图像,但由于与有效和简单地将探针元件集成到显微镜系统中相关的限制,这种可视化这种小物体的潜力一直受到阻碍。在化学测量和成像计划的支持下,以及化学系大分子,超分子和纳米化学计划的部分共同资助下,贝勒大学的Zhenrong Zhang和霍华德Lee教授正在开发尖端增强拉曼光谱技术,该技术允许在其自然环境中对单个纳米大小的物体进行成像,由于新颖的,集成光纤探针尖端由复杂的微加工方法制成。这种构建化学成像系统的新方法大大简化了显微镜操作,并产生了一种可视化微量样品的方法。 Baylor团队很容易研究气体和液体环境中催化剂表面的化学反应。由于新的纳米级化学成像工具的实用性和可访问性,该研究可能会影响材料,生物医学和光电科学的研究。张教授和李教授为本科生和技术学院的学生提供了光学和扫描探针显微镜的新学习和研究机会。 这样的学生技能对学生未来的职业生涯很有价值。贝勒团队还提供广泛的,公共教育和推广到韦科社区通过频繁的动手光学和光谱学活动在梅伯恩博物馆。本计画发展一种使用者友好的、尖端增强的、拉曼光谱奈米化学成像系统,此系统是基于一种无光学干扰的设计,也就是一个整合的电浆子光纤尖端组件。光纤尖端组件可以很容易地集成到现有的扫描探针显微镜设计中。这种独特的方法提供了一种简单的路径,用于将激发光独立地传递到样品并从样品收集光,这提供了高的光耦合效率和几乎不存在的远场背景干扰。因此,样品信号是高度敏感的,并提供接近单分子的检测限。等离子体纳米结构光纤合并了等离子体和光纤的领域,从而使得尖端增强的拉曼光谱成像应用在许多气体和液体环境中成为可能。本提案的具体目标是使用光纤尖端增强的拉曼光谱成像演示纳米级映射,并在受控的环境压力环境中研究纳米级硫化钼(MoS2)的光化学。 该团队还试图通过使用场可调谐等离子体材料来展示液体环境中的光纤尖端增强拉曼光谱成像。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识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

期刊论文数量(13)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
From Aluminum Foil to Two-Dimensional Nanocrystals Using Ultrasonic Exfoliation
  • DOI:
    10.1021/acs.jpcc.0c10935
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Weigang Lu;B. Birmingham;D. Voronine;Drew Stolpman;Sharad Ambardar;Deniz Altunoz Erdogan;E. Ozensoy;Zhenrong Zhang;T. Solouki
  • 通讯作者:
    Weigang Lu;B. Birmingham;D. Voronine;Drew Stolpman;Sharad Ambardar;Deniz Altunoz Erdogan;E. Ozensoy;Zhenrong Zhang;T. Solouki
Phase transition of individual anatase TiO 2 microcrystals with large percentage of (001) facets: a Raman mapping and SEM study
具有大比例 (001) 面的单个锐钛矿 TiO 2 微晶的相变:拉曼图谱和 SEM 研究
  • DOI:
    10.1039/d2cp04882e
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.3
  • 作者:
    Lu, Weigang;Zhu, Hao;Birmingham, Blake;Craft, Nolan;Hu, Jonathan;Park, Kenneth;Zhang, Zhenrong
  • 通讯作者:
    Zhang, Zhenrong
Defect engineering on MoS2 surface with argon ion bombardments and thermal annealing
  • DOI:
    10.1016/j.apsusc.2020.147461
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Weigang Lu;B. Birmingham;Zhenrong Zhang
  • 通讯作者:
    Weigang Lu;B. Birmingham;Zhenrong Zhang
Artificial Intelligence Computing at the Quantum Level
  • DOI:
    10.3390/data7030028
  • 发表时间:
    2022-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Olawale Ayoade;Pablo Rivas;J. Orduz
  • 通讯作者:
    Olawale Ayoade;Pablo Rivas;J. Orduz
Interfacing photonic crystal fiber with a metallic nanoantenna for enhanced light nanofocusing
  • DOI:
    10.1364/prj.411583
  • 发表时间:
    2021-02-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.6
  • 作者:
    Minn, Khant;Birmingham, Blake;Zhang, Zhenrong
  • 通讯作者:
    Zhang, Zhenrong
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Zhenrong Zhang其他文献

Laser induced fluorescence spectrum analysis of OH from photo dissociation of water in gas phase
气相水光离解产生 OH 的激光诱导荧光光谱分析
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  • 发表时间:
    2017
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  • 影响因子:
    0
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Xinyan Zhao
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  • DOI:
    10.1364/oe.448613
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Zexin Chen;Songnian Fu;Ming Tang;Zhenrong Zhang;Yuwen Qin
  • 通讯作者:
    Yuwen Qin
Investigation of turbulence flow characteristics in a dual-mode scramjet combustor using hydroxyl tagging velocimetry
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
    Jingfeng Ye;Deyong Shi;Wenyan Song;Guohua Li;Zhenrong Zhang;Zhiyun Hu
  • 通讯作者:
    Zhiyun Hu
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基于 ECN 的有线无线混合网络拥塞概率预测
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2019-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jun Shao;Jingfeng Ye;Sheng Wang;Guo-hua Li;Bo-lang Fang;Zhenrong Zhang;Zhiyun Hu;Jingyin Li
  • 通讯作者:
    Jingyin Li

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    2023
  • 资助金额:
    $ 40.5万
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    1941100
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    2027465
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    2020
  • 资助金额:
    $ 40.5万
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    Standard Grant
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    1609608
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    2016
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    $ 40.5万
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    Continuing Grant

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    $ 40.5万
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    20K07404
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    2020
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    19H02140
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  • 资助金额:
    $ 40.5万
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  • 批准号:
    516929-2018
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Postdoctoral Fellowships
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
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将破坏气候稳定的二氧化碳转化为有用燃料:基于新型金属氧化物的 Z 型光电化学系统的实施
  • 批准号:
    516929-2018
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  • 批准号:
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  • 财政年份:
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  • 资助金额:
    $ 40.5万
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知道了