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X-ray Diffractometer for Pair Distribution Function analysis of nanocrystals and nanostructured materials

English title X-ray Diffractometer for Pair Distribution Function analysis of nanocrystals and nanostructured materials
Applicant De Roo Jonathan
Number 189622
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Departement Chemie Universität Basel
Institution of higher education University of Basel - BS
Main discipline Inorganic Chemistry
Start/End 01.01.2020 - 31.12.2020
Approved amount 171'000.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Inorganic Chemistry
Physical Chemistry

Keywords (10)

Pair distribution function analysis; photo-catalysis; nanocrystals; bio-imaging; X-ray diffraction; ceramics; solar cells; surface chemistry; nanoparticles; thermoelectrics

Lay Summary (German)

Lead
Nanokristalle sind Materialien mit spannenden Anwendungen, die versprechen, Leben zu retten (Gesundheitsfürsorge) und Energie zu sparen. Die Analyse von nanostrukturierten Materialien stellt jedoch ein Problem dar: Ihre Struktur ist mit konventionellen Techniken nicht präzise zu analysieren. Dies verhindert, dass wir einen Zusammenhang zwischen ihrer Struktur und ihrer Funktion herstellen können. Aber die Analyse der Röntgenstrahl «Pair Distribution Function» (PDF) hat in den letzten Jahren als leistungsfähiges Werkzeug für die detaillierte Nanostrukturanalyse an Bedeutung gewonnen.
Lay summary

Inhalt und Ziel des Forschungsprojekts

Unser übergeordnetes Ziel ist nanomaterialen besser zu analysieren mit einem neuen Röntgenstrahl Gerät für PDF. In diesem Projekt werden wir die PDF-Probenvorbereitung für Nanokristall-Proben optimieren, um die Technik weiter zu verbessern. Ein Nanokristall ist oft ein Hybridobjekt mit einem anorganischen Kern und einer organischen Oberfläche. Eine einzige Technik kann diese Dualität nicht erfassen, und so werden wir PDF mit anderen analytischen Methoden kombinieren, um zu einem einzigen Modell zu gelangen, das die Einschränkungen der verschiedenen Analysen beseitigt. Dadurch werden wir ein vollständiges Bild der Nanokristall Gesamtstruktur erhalten. Die entwickelte Analysenmethode werden wir für die Erforschung des Entstehungsmechanismus von Metalloxid-Nanokristallen anwenden.

Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojekts

Dieses Projekt wird wichtige Beiträge zur Nanowissenschaft leisten und die Entwicklung neuer Materialien ermöglichen. Vor allem untersuchen wir Materialen die Anwendungen haben in Energieumwandlung und Gesundheitswesen.

Direct link to Lay Summary Last update: 17.11.2019

Responsible applicant and co-applicants

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
182000 Hierarchical interfacial coordination assemblies 01.10.2018 Project funding (Div. I-III)

Abstract

Nanoscience is at the frontier of research and is expected to provide new solutions in healthcare and energy. However, nanostructured materials in general and nanocrystals (NCs) in particular present a challenging problem: their structure is difficult to analyze with conventional techniques. Whereas powder X-ray diffraction (XRD) is very powerful for micron-sized crystals, extreme peak broadening precludes the accurate analysis of nanomaterials. As a consequence, structure-function relationships are hard to establish. Recently, a new technique has emerged, X-ray Pair Distribution Function (PDF) analysis, which allows to accurately model nanostructured materials. This requires a specialized diffractometer with high energy X-rays and a sensitive detection system. With the requested diffractometer the main applicant will pursue several projects, both fundamental and applied. In the first three projects, the PDF method will be further developed by developing new PDF sample preparation techniques for colloidal NCs (increasing signal-to-noise and removing background scattering), implementing advanced modelling and integrating PDF with other analytical techniques. This will greatly advance the use of lab source PDF diffractometers and establish PDF as a standard technique for NCs. In the second triad of projects, the main applicant will use PDF to support synthetic projects. Together with the co-applicants and (inter)national collaborators, projects in the field of solar cells, photo-catalysis and thermoelectrics will be pursued. In these projects, the nanoparticle building blocks will be analyzed with the requested equipment and grant insight in their performance.
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