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Kinetic Pathways to Control Nanocrystal Shapes

Descrizione del progetto

Ottimizzare i protocolli di sintesi dei nanocristalli con forme cinetiche

L’attuale teoria relativa alla creazione della forma dei cristalli, che si basa sull’equilibrio termodinamico, prevede la loro adozione di una forma che riduce al minimo l’energia superficiale totale di cui sono dotati; sebbene ciò spieghi teoricamente la forma dei cristalli mineralogici, non si applica a tutti i nanocristalli. Il progetto kineticSHAPES, finanziato dal CER, studierà i percorsi cinetici e le condizioni termodinamiche che regolano la forma dei nanocristalli. Per raggiungere questo obiettivo, il progetto svilupperà tecniche di simulazione che cattureranno gli effetti cinetici dei ligandi e degli ioni in soluzione su scala molecolare, consentendo al contempo la formazione di sfaccettature e forme nanocristalline su scale mesoscopiche. In definitiva, il progetto si propone di identificare diagrammi di forma che individuano le condizioni termodinamiche e i fattori cinetici per regolare la direzione cristallografica e l’area superficiale con la massima resa di sintesi.

Obiettivo

The shape of nanocrystals is crucial in determining surface area, reactivity, optical properties, mechanical strength, and self-assembly behavior. The current theory on shape formation is based on thermodynamic equilibrium and predicts that each crystal structure should enforce a unique shape, with few morphological variations depending on solution chemistry. Whereas this theory succeeded in explaining crystal habits in mineralogy, it mispredicts many nanocrystals, pointing out the necessity of a non-equilibrium description of shapes. Critical to this project are robust and scalable simulation techniques that capture kinetic effects of ligands and ions in solution at the atomic/molecular scale, while enabling the formation of facets and shapes at mesoscopic scales. Research questions include understanding (i) kinetically trapped shapes in metastable equilibria, (ii) symmetry-breaking from the underlying crystal structure, (iii) the bifurcation of growth pathways leading to synthesis yield, (iv) the emergence of chiral and asymmetric features, and (v) the role of the concentration field in the solution. Central will be the finding of shape diagrams that pinpoint thermodynamic conditions and kinetic factors to tune crystallographic direction and surface area of facets with maximum synthesis yield. Shapes of interest include classic polyhedra, 1D and 2D geometries, multiply twinned particles, concave and high Miller index facets, and branched shapes. This project will allow theory- and computer-aided design and optimization of synthesis protocols of nanocrystals with kinetic shapes.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2025-STG

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Istituzione ospitante

THE UNIVERSITY OF EXETER
Contributo netto dell'UE
€ 1 492 415,00
Indirizzo
THE QUEEN'S DRIVE NORTHCOTE HOUSE
EX4 4QJ Exeter
Regno Unito
Regione
South West (England) Devon Devon CC
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 1 492 415,00

Beneficiari (2)