Synthesis of Complex and Advanced Chalcogenide Materials
复杂和先进硫族化物材料的合成
基本信息
- 批准号:2003476
- 负责人:
- 金额:$ 49.95万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-07-15 至 2023-06-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
PART 1: NON-TECHNICAL SUMMARYThe continued advancement of society on many levels relies on the steady use of new materials that can enable new functions or solve long-standing problems and challenges. Solid state materials underpin many products and processes on which our modern society depends. This project deals with the broader question: How do we discover and synthesize new solid state materials? It develops the fundamental science and principles of synthesis and how they can be used as tool to design and synthesize useful new materials. Specifically, the project, supported by the Solid State and Materials Chemistry program within the Division of Materials Research, focuses on developing the chemistry of metal chalcogenides. Chalcogenides are compounds of sulfur, selenium and tellurium and they are important in a broad variety of scientific investigations and technologies. The project pursues chalcogenide materials discovery as a science coupled with the study of crystal structure, physical properties including ion-exchange, charge transport and photo-response of the new materials. The primary goals are to learn how reactions leading to solid state chalcogenides can be controlled so known materials can be avoided and new materials can be accessed. This research activity enhances, as well as challenges, our scientific understanding. It will also enhance the effectiveness of existing technological applications and impact new applications. Possible technological impact could be via new semiconductors, materials with high Li mobility, quantum materials and ion-exchange sorbent materials for environmental remediation. The project provides diverse opportunities for graduate and undergraduate students, including those from underrepresented groups, to learn critical thinking skills that will help advance future scientific research. Additionally, the educational program encompasses outreach to high schools on ion exchange materials and dissemination of YouTube videos on safe use of the advanced synthetic methods used in the project. PART 2: TECHNICAL SUMMARYThis project pursues chalcogenide materials discovery as a science coupled with the study of crystal structure, physical properties including ion-exchange, charge transport and photo-response of the new materials. Within an overarching theme of contributing to fundamental understanding of synthesis, particularly using flux-based methods, the project studies: (a) the understanding the synthesis of complex Li-containing chalcogenide phases; (b) the formation of stable boron clusters as building blocks in chalcogenides; (c) the understanding of the synthesis routes that lead to subchalcogenides with low-valent metals; (d) the rational design of ion-exchangers. The expected benefits are: i) broad new insights regarding the reactivity and stability of lithium-containing chalcogenide phases; ii), expansion of the small class of the little-known boron cluster-based chalcogenides; iii) new chemistry and bonding in subchalcogenides and their impact on physical and chemical properties, and iv) delineation of the factors involved in the selective binding of heavy soft metal ions by metal sulfides ion-exchangers and use of this knowledge to create novel compositions using ion-exchange chemistry. Possible technological impact of these materials could be new semiconductors for radiation detection, materials with high Li mobility, topological quantum materials, open framework systems, and ion-exchange sorbent materials for environmental remediation. This project is supported by the Solid State and Materials Chemistry program within the Division of Materials Research.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.
第一部分: 社会在许多层面上的持续进步依赖于新材料的稳定使用,这些新材料可以实现新功能或解决长期存在的问题和挑战。 固态材料支撑着我们现代社会所依赖的许多产品和工艺。 该项目涉及更广泛的问题:我们如何发现和合成新的固态材料?它发展了合成的基础科学和原理,以及如何将它们用作设计和合成有用的新材料的工具。 具体来说,该项目由材料研究部内的固态和材料化学计划支持,重点是开发金属硫属化物的化学。硫属化合物是硫、硒和碲的化合物,它们在各种科学研究和技术中是重要的。 该项目将硫属化物材料发现作为一门科学,并结合对新材料的晶体结构、物理性质(包括离子交换、电荷传输和光响应)的研究。 主要目标是了解如何控制导致固态硫属化物的反应,从而避免使用已知材料,并获得新材料。这项研究活动增强了我们的科学认识,也对我们提出了挑战。 它还将提高现有技术应用的有效性,并影响新的应用。可能的技术影响可能来自新型半导体、高锂迁移率材料、量子材料和用于环境修复的离子交换吸附剂材料。 该项目为研究生和本科生提供了各种机会,包括那些来自代表性不足的群体,学习批判性思维技能,这将有助于推进未来的科学研究。 此外,教育方案还包括向高中宣传离子交换材料,并传播关于安全使用项目中使用的先进合成方法的YouTube视频。第二部分: 本项目将硫属化物材料的发现作为一门科学,并结合对新材料的晶体结构、物理性质(包括离子交换、电荷传输和光响应)的研究。 在促进对合成的基本理解,特别是使用助熔剂方法的基本理解的总体主题范围内,该项目研究:(a)理解复杂的含锂硫属化物相的合成;(B)形成稳定的硼簇作为硫属化物中的构件;(c)理解导致低价金属次硫属化物的合成路线;(d)理解硫属化物的合成方法。(d)离子交换器的合理设计。预期的好处是:i)关于含锂硫族化物相的反应性和稳定性的广泛的新见解; ii)小类鲜为人知的基于硼簇的硫族化物的扩展; iii)次硫属化物中的新化学和键合及其对物理和化学性质的影响,以及iv)描绘了金属硫化物离子选择性结合重软金属离子所涉及的因素-本发明涉及离子交换剂以及使用该知识来使用离子交换化学产生新的组合物。 这些材料可能的技术影响可能是用于辐射检测的新半导体,具有高Li迁移率的材料,拓扑量子材料,开放框架系统和用于环境修复的离子交换吸附剂材料。 该项目由材料研究部的固态和材料化学项目支持。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(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Homologous Alkali Metal Copper Rare-Earth Chalcogenides A 2 Cu 2n Ln 4 Q 7+n ( n = 1, 2, 3)
同系碱金属铜稀土硫属化物 A 2 Cu 2n Ln 4 Q 7 n ( n = 1, 2, 3)
- DOI:10.1021/acs.chemmater.2c00223
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Laing, Craig C.;Shen, Jiahong;Quintero, Michael A.;Weiss, Benjamin E.;Xia, Yi;Li, Zhi;He, Jiangang;Wolverton, Chris;Kanatzidis, Mercouri G.
- 通讯作者:Kanatzidis, Mercouri G.
Mo 3 S 13 2− Intercalated Layered Double Hydroxide: Highly Selective Removal of Heavy Metals and Simultaneous Reduction of Ag + Ions to Metallic Ag 0 Ribbons
Mo 3 S 13 2â 插层层状双氢氧化物:高选择性去除重金属并同时将 Ag 离子还原为金属 Ag 0 带
- DOI:10.1002/anie.202112511
- 发表时间:2022
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Yang, Lixiao;Xie, Linxia;Chu, Menglin;Wang, Hui;Yuan, Mengwei;Yu, Zihuan;Wang, Chaonan;Yao, Huiqin;Islam, Saiful M.;Shi, Keren
- 通讯作者:Shi, Keren
Accelerated discovery of a large family of quaternary chalcogenides with very low lattice thermal conductivity
- DOI:10.1038/s41524-021-00549-x
- 发表时间:2021-06-03
- 期刊:
- 影响因子:9.7
- 作者:Pal, Koushik;Xia, Yi;Wolverton, Chris
- 通讯作者:Wolverton, Chris
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- 发表时间:2021-08-05
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Friedrich, Daniel;Hao, Shiqiang;Kanatzidis, Mercouri G.
- 通讯作者:Kanatzidis, Mercouri G.
Lithium Thiostannate Spinels: Air-Stable Cubic Semiconductors
- DOI:10.1021/acs.chemmater.0c04651
- 发表时间:2021-03
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Michael A. Quintero;Shiqiang Hao;Sawankumar V. Patel;J. Bao;Xiuquan Zhou;Yanqi Hu;C. Wolverton;M. Kanatzidis
- 通讯作者:Michael A. Quintero;Shiqiang Hao;Sawankumar V. Patel;J. Bao;Xiuquan Zhou;Yanqi Hu;C. Wolverton;M. Kanatzidis
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Albe
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