Collaborative Research: New Phase Diagrams for Predictive Solvothermal Synthesis in Non-Aqueous Solvents

合作研究:非水溶剂中预测溶剂热合成的新相图

基本信息

项目摘要

Non-Technical Summary Solvothermal synthesis involves precipitating a solid out of a supersaturated solution and is a common materials synthesis route for functional materials. Many classes of important materials cannot be easily precipitated using water as the solvent; including intermetallics, sulfides, and nitrides; which are more readily synthesized in non-aqueous organic solvents. The number of available organic solvents is large, but there is currently no rigorous understanding of which combination of solvent and starting material is best to synthesize a given target material. With this project, supported by the Solid State and Materials Chemistry Program in NSF’s Division of Materials Research, Professor Wenhao Sun at the University of Michigan and Professor Daniel Shoemaker at the University of Illinois Urbana-Champaign build new predictive theoretical models to better understand which compounds precipitate out of supersaturated non-aqueous solutions. This scientific understanding allows chemists to skip the tedious trial-and-error efforts of solution synthesis optimization and enables the rational design of synthesis recipes for the manufacture and processing of new, more complex, or higher-quality materials that drive technological innovation. The research is carried out by undergraduate and graduate students, who are trained in computational materials science and experimental thermochemistry during this project.Technical SummaryMany classes of materials are synthesized in organic solvents, such as ethanol, ethylene-glycol, ammonia, acetonitrile, hydrazine, DMSO, DMF, THF, etc. Currently, there are no thermodynamic frameworks to guide solvothermal synthesis in non-aqueous media, meaning chemists largely rely on heuristics for precursor solubility and laborious trial-and-error efforts for solution synthesis optimization. This project undertakes a combined computational and experimental research program to develop the first thermodynamic phase diagrams to guide solvothermal synthesis in non-aqueous organic solvents. The project involves measuring and developing predictive models for the chemical potentials of solvated species in non-aqueous solvents, and then combining these ion chemical potentials with high-dimensional thermodynamic frameworks to predict the solubility and chemical equilibria of complex materials under various non-aqueous solvents and conditions. These new solvothermal phase diagrams offer a rigorous foundation to rationally design recipes for the targeted solution-based synthesis of advanced solid-state materials. Broad availability for the tools developed in this project is aided by interfacing with freely-available and widely-used thermochemical databases. Hands-on learning is supported by precisely aligning model precipitation reactions with undergraduate thermodynamics lessons in chemistry and materials science.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.
非技术综述溶剂热合成涉及从过饱和溶液中沉淀出固体,是功能材料的一种常见材料合成路线。许多重要的材料,包括金属间化合物、硫化物和氮化物,在非水有机溶剂中更容易合成,用水作为溶剂不易沉淀。可用的有机溶剂的数量很多,但目前还没有严格的理解,即哪种溶剂和起始材料的组合最适合合成给定的目标材料。在NSF材料研究部固态和材料化学计划的支持下,密歇根大学的孙文浩教授和伊利诺伊大学香槟分校的Daniel Shoemaker教授建立了新的预测理论模型,以更好地了解哪些化合物从过饱和的非水溶液中沉淀出来。这种科学的理解使化学家们可以跳过乏味的溶液合成优化的反复试验,并能够合理地设计合成配方,以制造和加工推动技术创新的新的、更复杂的或更高质量的材料。这项研究是由本科生和研究生进行的,他们在这个项目中接受了计算材料科学和实验热化学的培训。技术概述许多类别的材料都是在有机溶剂中合成的,如乙醇、乙二醇、氨、乙腈、肼、DMSO、DMF、THF等。目前,没有热力学框架来指导非水介质中的溶剂热合成,这意味着化学家在很大程度上依赖启发式方法来研究前体的溶解度,并进行艰苦的反复尝试来优化溶液合成。该项目开展了一项计算和实验相结合的研究计划,以开发第一个热力学相图来指导非水有机溶剂中的溶剂热合成。该项目包括测量和开发溶剂化物种在非水溶剂中的化学势的预测模型,然后将这些离子化学势与高维热力学框架相结合,以预测复杂材料在各种非水溶剂和条件下的溶解度和化学平衡。这些新的溶剂热相图为合理设计基于定向溶液的先进固态材料合成配方提供了严格的基础。该项目开发的工具的广泛可获得性得益于与免费提供和广泛使用的热化学数据库的接口。实践学习是通过精确地将模型沉淀反应与化学和材料科学的本科生热力学课程相一致来支持的。这一奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力优势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(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Wenhao Sun其他文献

A review of coal solid waste-based catalytic materials in wastewater treatment: Preparation and application
废水处理中基于煤固体废物的催化材料综述:制备与应用
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2025.132800
  • 发表时间:
    2025-09-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    9.000
  • 作者:
    Sheng Dong;Jinpeng Qiao;Chao Kang;Mengyao Sun;Shengchao Yang;Yuqian Zhao;Yundong Yang;Wenhao Sun;Chenlong Duan
  • 通讯作者:
    Chenlong Duan
A “dynamic water microdomain” strategy to manipulate Zn anode reactions
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2024.154101
  • 发表时间:
    2024-09-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
  • 作者:
    Wenhao Sun;Yuchen Liu;Lei Liu;Qisheng Li;Xiao Liu;Zhonghua Zhang;Jun Zheng;Xiaosong Guo;Guicun Li
  • 通讯作者:
    Guicun Li
IsoVEM: Isotropic Reconstruction for Volume Electron Microscopy Based on Transformer
IsoVEM:基于 Transformer 的体电子显微镜各向同性重建
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Jia He;Yan Zhang;Wenhao Sun;Ge Yang;F. Sun
  • 通讯作者:
    F. Sun
Investigation on potential applications of thermal activated delayed fluorescence materials in organic electroluminescent devices
热激活延迟荧光材料在有机电致发光器件中的潜在应用研究
Quasicrystal stability and nucleation kinetics from density functional theory
基于密度泛函理论的准晶稳定性和形核动力学
  • DOI:
    10.1038/s41567-025-02925-6
  • 发表时间:
    2025-06-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    18.400
  • 作者:
    Woohyeon Baek;Sambit Das;Shibo Tan;Vikram Gavini;Wenhao Sun
  • 通讯作者:
    Wenhao Sun

Wenhao Sun的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

数智技术赋能的哮喘主动健康管理新范式研究——重庆哮喘医防协同体系构建研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
西部陆海新通道沿线城市产业协同发展研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
基于新质生产力视角的综合性医院中西医协同发展模式研究——以中医优势病种为切入点
  • 批准号:
    2025HP72
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
新质生产力赋能成渝地区体育产业一体化协同发展研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
新质生产力赋能浙江乡村物流车机协同配送的资源配置研究
  • 批准号:
    2025C35045
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
ZnFe2O4光催化-PDS协同体系对复合型新污染物的降解机理研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
面向新质生产力的区域创新生态系统构建与协同路径研究
  • 批准号:
    2025C25039
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
构建面向产业新质生产力发展的标准与知识产权制度协同体系研究
  • 批准号:
    2025C25044
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
5G+AR技术驱动下省级与基层医院新护士急危重症护理协同培训方案的构建与应用研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2025
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
磁硅基纳米协同萃取体系的构建及在新污染物人体暴露水平的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目

相似海外基金

Collaborative Research: REU Site: Earth and Planetary Science and Astrophysics REU at the American Museum of Natural History in Collaboration with the City University of New York
合作研究:REU 地点:地球与行星科学和天体物理学 REU 与纽约市立大学合作,位于美国自然历史博物馆
  • 批准号:
    2348998
  • 财政年份:
    2025
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: REU Site: Earth and Planetary Science and Astrophysics REU at the American Museum of Natural History in Collaboration with the City University of New York
合作研究:REU 地点:地球与行星科学和天体物理学 REU 与纽约市立大学合作,位于美国自然历史博物馆
  • 批准号:
    2348999
  • 财政年份:
    2025
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: New to IUSE: EDU DCL:Diversifying Economics Education through Plug and Play Video Modules with Diverse Role Models, Relevant Research, and Active Learning
协作研究:IUSE 新增功能:EDU DCL:通过具有不同角色模型、相关研究和主动学习的即插即用视频模块实现经济学教育多元化
  • 批准号:
    2315700
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Resolving the LGM ventilation age conundrum: New radiocarbon records from high sedimentation rate sites in the deep western Pacific
合作研究:解决LGM通风年龄难题:西太平洋深部高沉降率地点的新放射性碳记录
  • 批准号:
    2341426
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Resolving the LGM ventilation age conundrum: New radiocarbon records from high sedimentation rate sites in the deep western Pacific
合作研究:解决LGM通风年龄难题:西太平洋深部高沉降率地点的新放射性碳记录
  • 批准号:
    2341424
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: On New Directions for the Derivation of Wave Kinetic Equations
合作研究:波动力学方程推导的新方向
  • 批准号:
    2306378
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: AF: Small: New Directions in Algorithmic Replicability
合作研究:AF:小:算法可复制性的新方向
  • 批准号:
    2342244
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: New to IUSE: EDU DCL:Diversifying Economics Education through Plug and Play Video Modules with Diverse Role Models, Relevant Research, and Active Learning
协作研究:IUSE 新增功能:EDU DCL:通过具有不同角色模型、相关研究和主动学习的即插即用视频模块实现经济学教育多元化
  • 批准号:
    2315699
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Understanding New Labor Relations for the 21st Century
合作研究:理解21世纪的新型劳动关系
  • 批准号:
    2346230
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: New Regression Models and Methods for Studying Multiple Categorical Responses
合作研究:研究多重分类响应的新回归模型和方法
  • 批准号:
    2415067
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 41.42万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了