On this page:
Davis Research Group
Fundamental Laboratory Studies of Microenvironments
Focus: Analytical, Physical and Atmospheric Chemistry
Professor: Ryan Davis, Ph.D.
Website: Davis Research Group
Overview: The Davis Research Group utilizes elements of chemistry, physics, engineering, 计算机科学开发先进的分析技术来研究微环境的独特特性，并解决与大气化学相关的科学问题, sustainability, climate, human health and indoor air quality. Microenvironments are ubiquitous in nature and science. Examples include biological cells and atmospheric aerosols. 了解发生在这些小, 隔离隔间对于了解人类健康和全球气候至关重要, among other things. From the sea to the atmosphere to our bodies, 这些微观环境以我们尚未理解的方式影响着我们的日常生活. 我们的研究旨在增加我们对微环境特性的理解，以增加我们对世界的理解以及我们如何改善它. In the Davis Research Group, 学生将有充分的机会发展器乐技术(如右图所示)。, design and build control electronics, write and develop software, perform experiments, process data, 并通过演讲和出版物展示他们的工作.
Currently, there are several ongoing research directions.
-
Marine polymer self-assembly in the atmosphere
-
众所周知，海洋多糖可以自组装成有序的聚集体, such as polymer gels, at the ocean surface. 最近，海洋聚合物凝胶也在云/雾滴中被观察到. Due to their dense, compact nature, 据推测，大气粒子中的自组装凝胶可以改变该粒子的微观结构特性和化学反应性. However, these points remain largely unexplored. 我的研究小组的一个初始项目是研究高分子材料在与大气相关的复杂条件下的自组装, 因此，在了解空气质量和气候方面，推进了基本的物理化学知识，并限制了与大气科学相关的重要性质.
-
Going beyond the beaker: production of ROS in microdroplets
-
To date, 弥合大气模式和大气观测之间的差距已被证明是困难的. 这一困难主要是由于大气颗粒的极端化学复杂性和微环境的独特但知之甚少的特性. In the Davis Research Group, 我们有机会研究这些独特的微液滴特性是如何导致无法通过“烧杯合成”复制的独特化学反应的。. 一个例子包括研究活性氧(ROS)的产生。, 包括在大气条件下产生的羟基自由基, as shown in image to the right.
-
Indoor air quality
-
We spend the majority of our time inside a building. However, 人们对室内空气化学的了解要少于室外环境中发生的化学. 最近的一项研究推动了室内空气质量信息的爆炸式增长, but there is much research to be done. In the Davis Research Group, 将有机会从事与工作空间室内空气质量相关的研究, 研究“蓝领”劳动条件下产生的颗粒物类型.
More details on the Davis Research Group can be found at http://pk2.honforjapan.net/sites/davis-research-group.
Rapf Lab
Photochemistry in Complex Aqueous Environment
Type: Physical Chemistry
Professor: Rebecca Rapf, Ph.D.
Overview: The Sun is the largest source of energy to the planet, and it controls, directly or indirectly, the vast majority of physical, chemical, and biological processes that take place on Earth. 在行星环境中，物质的光化学过程驱动着大气和环境化学的引擎, 主要是通过自由基的形成和随后的反应. 这些自由基的反应性是由它们产生的周围环境条件控制和介导的. 光化学产生的有机自由基特别有趣，因为它们提供了一种使其变大的非生物途径, more complex organic molecules, which has applications to atmospheric chemistry, prebiotic chemistry, and astrobiology. 这项研究以基础物理化学为基础，但本质上是跨学科的, drawing on organic chemistry, environmental chemistry, biophysics, and planetary science.
Rapf实验室在与行星环境相关的条件下检测有机分子的直接水光化学反应, 包括现代和古代地球以及其他可能适合居住的星球. 我们进行详细的光化学实验，使我们能够检查, mechanistically, 作为反应条件的函数而发生的反应性变化, including photon flux, atmospheric composition, and solution conditions (e.g. pH and salinity). Using model chemical systems, 我们可以系统地增加模型系统的复杂性来研究突发行为的起源.
In tandem with photochemical studies, 我们还探讨了分子间相互作用如何介导化学反应, 通过界面的取向和集中以及超分子组装的形成. 这是由于反复观察到，在许多情况下，散装环境中单一物质的化学性质不能用于预测这些物质在密闭环境或与其他分子协同作用下的反应性. 特别令人感兴趣的是最近的文献报道，水界面上的分子可以经历光化学反应，而这在体积中是看不到的. 我们探讨了由不溶性表面活性剂组成的表面膜是如何介导光化学的, 比如长尾脂肪酸，比如硬脂酸和棕榈酸, using photochemical-initiator species, such as pyruvic acid.
Students will conduct photochemical experiments, which are analyzed using a combination of mass spectrometry, optical spectroscopy, and surface tension measurements. 学生也将有机会开发乐器, 当我们建立表面敏感光谱技术来直接探测界面光化学时.