AMICI: Amorphous Microstructure Imaging at Composite Interfaces in Metal-Organic Frameworks

AMICI:金属有机框架复合界面的非晶微结构成像

基本信息

  • 批准号:
    EP/Y024583/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 218.68万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Reducing emissions requires advances in separations (replace energy-intensive distillations), fuel cells (use robust, low-cost membranes), and high-efficiency lighting (encapsulate halide perovskites), all relying on efficient control of chemical transport. Metal-organic frameworks (MOFs), consisting of metal nodes linked by organic molecules in characteristically porous networks, are poised to accelerate energy savings if we can harness their structural and chemical selectivity. Yet device integration is challenging. Most often prepared as crystalline powders, fusing MOFs with polymers or glasses made from other MOFs creates device-compatible forms. In turn, interfacial interactions boost gas uptake, proton conductivity, and luminescence. However, the defining non-periodic structures remain unresolved. This project will unveil the microscopic structural variety in MOF composites by determining the atomic structure of amorphous components, distortions in crystals, and changes at interfaces.My ambitious research programme will build a nanoscale version of the technique known as electron pair distribution function analysis for MOF/MOF, MOF/polymer, and MOF/perovskite composites using scanning transmission electron microscopy. Now uniting cryogenic, low-dose microscopy and precession electron optics, I will make direct microscopic observations to answer questions on how MOFs melt and form glasses, how guest molecules move through MOFs, and how molecules traverse MOF/polymer membranes. Together with dynamic and multi-scale microscopies, I will combine these tools to track water transport in a model fuel cell membrane. Only through developing nanometre-resolved imaging of amorphous microstructure (domain size, shape, composition, and atomic structure descriptors across interfaces) will it be possible to determine precise structure-function relationships and rationally design host-guest and matrix-filler interactions to realise the potential of MOF technologies.
减少排放需要分离(替换能源密集型蒸馏),燃料电池(使用稳健,低成本膜)和高效照明(封装卤化物钙钛矿),所有这些都依赖于有效的化学运输控制。金属有机框架(MOF)由特征性多孔网络中有机分子连接的金属节点组成,如果我们可以利用它们的结构和化学选择性,则可以加速节能。但是设备集成具有挑战性。最常见的是作为结晶粉,将MOF与其他MOF制成的聚合物或眼镜融合会产生与设备兼容的形式。反过来,界面相互作用可增强气体吸收,质子电导率和发光。但是,定义的非周期性结构仍未解决。该项目将通过确定非晶组件的原子结构,晶体中的扭曲和接口的变化来揭示MOF复合材料中的显微镜结构多样性。我雄心勃勃的研究计划将构建用于MOF/MOF/MOF/MOF/PEROVSSKITE的Electron配对分析的技术的纳米级版本,用于使用MOF/MOF/Perovskite consos composs compsskite。现在,我将进行低温,低剂量显微镜和预动力电子光学元件,我将进行直接的显微镜观察,以回答有关MOFS如何融化和形成玻璃,来宾分子如何通过MOF进行的问题以及分子如何遍历MOF/聚合物膜。连同动态和多尺度显微镜,我将结合这些工具以跟踪模型燃料电池膜中的水传输。只有通过开发无定形微结构的纳米分辨成像(跨接口的域大小,形状,组成和原子结构描述符)才能确定确定精确的结构 - 函数函数关系关系,并合理地设计宿主 - 基质和基质 - 填料相互作用,以实现MOF技术的潜在潜在。

项目成果

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