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Materiali inorganici a diversa dimensionalità
Morena NocchettiDipartimento di Chimica
Università di Perugia
Presentation of the Research Group
Prof. Mario Casciola
Prof. Riccardo Vivani
Dr. Fabio Marmottini
Dr.ssa Morena Nocchetti
Dr.ssa Monica Pica
Dr. Ferdinando Costantino
Dr.ssa Anna Donnadio, PhD
Dr. Marco Taddei, PhD
Dr.ssa Maria Bastianini, PhD student
Main scientific interests
Inorganic Ion Exchangers
Layered Materials
- Phosphates
- Phosphonates
- Hydrotalcites
Intercalation Chemistry
- Dyes
- Drugs
- Hybrid Materials
Solid State Proton Conductors
Ionomeric Membranes for Fuel Cells
New heterogeneous catalysts
Polymeric Nanocomposites
Staff
[M(II)1-xM(III)x (OH)2]x+(An-x/n)x- ·mH2O
M(II)= Mg, Zn, Co, Ni, Cu, Mn.
M(III) =Al, Ga, Cr, Fe.
HYDROTALCITE (HTlc)
Rhombohedral (3R); Hexagonal (2H)
Versatile and often bio and
ecocompatible layered hosts
suitable for a large number of
applications
- Photophysics & photochemistry
-Drugs and pharmaceutical care
-Polymeric nanocomposites
- Heterogeneous catalysts
ZnAl-Cl
ZnAl-NO3
Effect of the nature of metal cations on the crystal morfologySynthesis:• AlCl3 + ZnCl2 solutions• Solid Urea• T=90°-95°C; t=24 h
Synthesis:• Al(NO3)3 + Zn(NO3)2 solutions• Solid Urea• T=90°-95°C; t=24 h
Synthesis:• Al(NO3)3 + Zn(NO3)2 + Co(NO3)2 solutions• Solid Urea• T=90°-95°C; t=48 h
Effect of the nature of the solvent and reaction time on the crystal dimensions
Synthesis:• Al(NO3)3 + Zn(NO3)2 solutions• Solvent: water-ethylene glycol
(1/2 v/v)• Solid Urea• T=90°-95°C
Ag nanoparticles supported on the HTlc
AgCl on Htlc surface Ag on Htlc surfacereduction by NaBH4
AgCl diameter: 130 nm Ag diameter: 30 nm
Tra i sali acidi dei metalli tetravalenti con struttura lamellare i più conosciuti sono quelli aventi formula generale:
Sintesi e caratterizzazione di nanoparticelle di fosfati di Sintesi e caratterizzazione di nanoparticelle di fosfati di zirconio con diversa dimensionalitàzirconio con diversa dimensionalità
Fosfati di zirconio a struttura lamellare
α-Zr(HPO4)2•(H2O)
γ-Zr(PO4)(H2PO4)•2(H2O)
Proprietà generali dei fosfati di zirconio lamellariProprietà generali dei fosfati di zirconio lamellariScambiatori ionici: i protoni dei gruppi -POH possono essere Scambiatori ionici: i protoni dei gruppi -POH possono essere scambiati con cationi metallici o organici;scambiati con cationi metallici o organici;Intercalazione: inserzione nella regione interstrato di specie Intercalazione: inserzione nella regione interstrato di specie neutre con gruppi funzionali chimicamente affini ai gruppi –POH neutre con gruppi funzionali chimicamente affini ai gruppi –POH degli strati (reazioni acido-base o legame a idrogeno);degli strati (reazioni acido-base o legame a idrogeno);
Conduttori ionici allo stato solido Conduttori ionici allo stato solido
- Composti funzionali per l’ immagazzinamento e rilascio di specie Composti funzionali per l’ immagazzinamento e rilascio di specie chimiche con specifiche proprietà:chimiche con specifiche proprietà:
- preparazione di nanocompositi polimericipreparazione di nanocompositi polimerici
Elettroliti, generalmente dispersi in una matrice polimerica, in Elettroliti, generalmente dispersi in una matrice polimerica, in dispositivi elettrochimici per la produzione di energia elettricadispositivi elettrochimici per la produzione di energia elettrica
Fosfati di zirconio a struttura tridimensionale-Zr(HPO4)2
Ottaedri ZrO6
Tetraedri HPO4
Nanoparticelle di Nanoparticelle di -ZrP adatte alla preparazione di nanocompositi -ZrP adatte alla preparazione di nanocompositi polimericipolimerici
Proprietà di Proprietà di -ZrP:-ZrP:Scambio ionicoScambio ionicoConducibilità ionicaConducibilità ionica
Nanoparticelle lamellari α-ZrP
EHT= 15 kV Mag= 44.31 KX 1 m 200 nm EHT= 10 kV Mag= 70.02 KX
EHT= 15 kV Mag= 129.05 KX EHT= 15 kV Mag= 256.32 KX 200 nm 100 nm
Nanoparticelle tridimensionali di -ZrP
In un nanocomposito polimerico, nanoparticelle di un composto inorganico (filler) sono disperse in una matrice polimerica al fine di modificarne le proprietà chimico-fisiche (termiche, chimiche, meccaniche, elettriche, ottiche)
Nanocompositi polimericiNanocompositi polimerici
Polimero
Filler inorganico
L’ottenimento di particelle di ZrP di morfologia controllata è essenziale per la preparazione di nanocompositi polimerici.
La caratterizzazione morfologica, sia dei filler inorganici che dei compositi polimerici, mediante microscopia elettronica è fondamentale
Nanoparticelle di -ZrP inglobate in una matrice polimerica
Fibre inorganiche a base di ZrO2 preparate per electrospinning
Calcinazione a 900°C
Carrier polymer + precursore di ZrO2
Fibre di ZrO2
R. Vivani, U. Costantino, M. Nocchetti and F. Costantino, Inorg. Chem., 2006, 45, 2388
B. Zhang, D. M. Poojary, A. Clearfield, G.Z. Peng, Chem. Mater., 1996, 8, 1333
U. Costantino, R. Vivani, M. Nocchetti, J. Am. Chem. Soc., 124 (2002) 8428
AMMINOMETILENFOSFONATI DI ZIRCONIOAMMINOMETILENFOSFONATI DI ZIRCONIO
TIPI DI BUILDING BLOCKTIPI DI BUILDING BLOCK
+Zr ottaedrico
R
R
R
R
Struttura 1D composta da catene di natura inorganica con
pendagli di natura organica
Struttura 1D composta da catene di natura inorganica con
pendagli di natura organica
Struttura 2D composta da strati di natura inorganica con pendagli di natura
organica alloggiati nella regione interstrato
Struttura 2D composta da strati di natura inorganica con pendagli di natura
organica alloggiati nella regione interstrato
Struttura 3D composta da catene di natura inorganica interconnesse tramite residui di natura organica
Metal-organic nanotubes based on copper phosphinates and bypiridines
N
N
+ Cu(CH3COO)2
{[(4,4’bipy)Cu2(pcp)2] · 5H2O}n