Understanding and Controlling Ionic Behaviors in Heterostructured Metal-Organic-Frameworks for Selective Magnesium Ion Transport

了解和控制异质结构金属有机框架中的离子行为以实现选择性镁离子传输

基本信息

  • 批准号:
    2126923
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 60万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-08-01 至 2024-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Non-technical summary: Controlling ionic transport in solid-state materials is of fundamental importance. For example, being able to selectively move ions in a solid-state film may enable the utilization of cheap and safe materials (such as magnesium) for next-generation batteries. A critical challenge limiting research progress in this area is the difficulty in achieving the desired selectivity. That is, it is exceedingly difficult to promote the movement of one type of ion and to suppress others. A promising solution to this problem is to combine multiple material components into a single solid-state structure. The resulting material greatly expands the possibility of selective ion transport. With funding from the Solid State and Materials Chemistry Program in the Division of Materials Research, Drs. Wang, Bao, and Mohanty from Boston College build and study a new type of architecture in solid-state films that has the potential for fast and selective magnesium ion transport. They chose a versatile metal-organic framework as a model platform, which includes multiple-component structured layers. The overall structure is expected to promote magnesium ion transport while suppressing the movement of unwanted species. To enhance the impacts of the project, educational opportunities are provided to engage undergraduate researchers in the research project. Moreover, complementary outreach activities are developed to inform the general public of the implications of materials research for a sustainable future. Technical summary: With funding from the Solid State and Materials Chemistry Program in the Division of Materials Research, this project investigates fast and selective transport of multivalent ions (e.g., Mg) in metal-organic framework (MOF) based materials. Drs. Wang, Bao, and Mohanty from Boston College leverage their expertise in synthesis, electrochemical characterization, material design, and theoretical and computational toolsets for ionic transport. They collaborate to test the hypothesis that fast and selective transport of multivalent ions through MOF-based materials can be achieved through tuning the structural components. The distinctiveness of the study is the design of a MOF-based heterostructure platform that consists of multiple-component layers, suitably tailored to enable Mg2+ transport, suppressing the movement of the solvent molecules and the anions, while maintaining reasonable conductivity. The research efforts are complemented with educational plans aimed at broadening the impacts by engaging undergraduate researchers in the project, and the researchers’ activities to educate the general public about the significance of materials research for a sustainable future.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.
非技术摘要:控制固态材料中的离子运输至关重要。例如,能够在固态膜中有选择地移动离子可以使下一代电池的廉价材料(例如镁)能够利用。限制该领域的研究进度的一个关键挑战是难以达到所需的选择性。也就是说,促进一种离子的运动并抑制他人非常困难。解决此问题的一个有希望的解决方案是将多个材料组件组合为单个固态结构。所得的材料大大扩展了选择性离子传输的可能性。通过固态和材料化学计划的资助,材料研究部的资金,博士。波士顿学院的王,鲍和莫汉蒂(Wang,Bao)和莫汉蒂(Mohanty)在固态电影中建立了一种新型建筑,具有快速和选择性镁离子运输的潜力。他们选择一种多功能金属有机框架作为模型平台,其中包括多组分结构层。预计总体结构将促进镁离子的运输,同时抑制不需要物种的运动。为了增强该项目的影响,提供了教育机会,以使本科研究人员参与研究项目。此外,开发了完整的外展活动,以告知公众材料研究对可持续未来的影响。技术摘要:通过材料研究部固态和材料化学计划的资金,该项目研究了基于金属有机框架(MOF)材料中多价离子(例如MG)的快速和选择性运输。博士。波士顿学院的王,鲍和莫汉蒂利用其在综合,电化学特征,材料设计以及理论和计算工具集方面的专业知识,用于离子运输。他们合作测试以下假设:通过调整结构成分,可以通过基于MOF的材料快速和选择性地运输多价离子。该研究的独特性是由基于MOF的异质结构平台的设计,该平台由多组分层组成,适当地量身定制以实现MG2+传输,抑制溶剂分子和阴离子的运动,同时保持合理的电导率。研究工作是通过旨在通过吸引本科研究人员参与项目的教育计划来完成的,以及研究人员的活动,以教育公众有关材料研究对可持续未来的重要性。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用该基金会的知识分子优点和广泛的影响来评估NSF的法定任务,并被认为是宝贵的支持。

项目成果

期刊论文数量(1)
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