Materiali inorganici a diversa dimensionalità

1. Materiali inorganici a diversa dimensionalità Morena Nocchetti Dipartimento di Chimica Università di Perugia

2. Presentation of the Research Group • 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 • 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

15. HYDROTALCITE (HTlc) [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. • Versatile and often bio and ecocompatiblelayeredhostssuitablefor a largenumberofapplications • - Photophysics & photochemistry • Drugs and pharmaceutical care • Polymeric nanocomposites • Heterogeneous catalysts Rhombohedral (3R); Hexagonal (2H)

16. Effect of the nature of metal cations on the crystal morfology • Synthesis: • AlCl3 + ZnCl2 solutions • Solid Urea • T=90°-95°C; t=24 h ZnAl-Cl • Synthesis: • Al(NO3)3 + Zn(NO3)2 solutions • Solid Urea • T=90°-95°C; t=24 h ZnAl-NO3

17. Synthesis: • Al(NO3)3 + Zn(NO3)2 + Co(NO3)2 solutions • Solid Urea • T=90°-95°C; t=48 h

18. 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

19. Ag nanoparticles supported on the HTlc reduction by NaBH4 AgCl on Htlc surface Ag on Htlc surface AgCl diameter: 130 nm Ag diameter: 30 nm

20. Sintesi e caratterizzazione di nanoparticelle di fosfati di zirconio con diversa dimensionalità • Fosfati di zirconio a struttura lamellare Tra i sali acidi dei metalli tetravalenti con struttura lamellare i più conosciuti sono quelli aventi formula generale: α-Zr(HPO4)2•(H2O) γ-Zr(PO4)(H2PO4)•2(H2O)

21. Proprietà generali dei fosfati di zirconio lamellari • Scambiatori ionici: i protoni dei gruppi -POH possono essere scambiati con cationi metallici o organici; • Intercalazione: inserzione nella regione interstrato di specie neutre con gruppi funzionali chimicamente affini ai gruppi –POH degli strati (reazioni acido-base o legame a idrogeno); • Composti funzionali per l’ immagazzinamento e rilascio di specie chimiche con specifiche proprietà: • preparazione di nanocompositi polimerici • Conduttori ionici allo stato solido Elettroliti, generalmente dispersi in una matrice polimerica, in dispositivi elettrochimici per la produzione di energia elettrica

22. Fosfati di zirconio a struttura tridimensionale -Zr(HPO4)2 Ottaedri ZrO6 Tetraedri HPO4 • Proprietà di -ZrP: • Scambio ionico • Conducibilità ionica • Nanoparticelle di -ZrP adatte alla preparazione di nanocompositi polimerici

23. Nanoparticelle lamellari α-ZrP EHT= 10 kV Mag= 70.02 KX EHT= 15 kV Mag= 44.31 KX 1 m 200 nm Nanoparticelle tridimensionali di -ZrP 200 nm EHT= 15 kV Mag= 129.05 KX EHT= 15 kV Mag= 256.32 KX 100 nm

24. Nanocompositi polimerici 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) L’ottenimento di particelle di ZrP di morfologia controllata è essenziale per la preparazione di nanocompositi polimerici. Filler inorganico La caratterizzazione morfologica, sia dei filler inorganici che dei compositi polimerici, mediante microscopia elettronica è fondamentale Polimero Nanoparticelle di -ZrP inglobate in una matrice polimerica

25. Fibre inorganiche a base di ZrO2 preparate per electrospinning Carrier polymer + precursore di ZrO2 Calcinazione a 900°C Fibre di ZrO2

26. AMMINOMETILENFOSFONATI DI ZIRCONIO U. Costantino, R. Vivani, M. Nocchetti, J. Am. Chem. Soc., 124 (2002) 8428 B. Zhang, D. M. Poojary, A. Clearfield, G.Z. Peng, Chem. Mater., 1996, 8, 1333 R. Vivani, U. Costantino, M. Nocchetti and F. Costantino, Inorg. Chem., 2006, 45, 2388

27. + Zr ottaedrico TIPI DI BUILDING BLOCK R R R R

28. Struttura 1D composta da catene di natura inorganica con pendagli di natura organica

29. Struttura 1D composta da catene di natura inorganica con pendagli di natura organica

30. Struttura 2D composta da strati di natura inorganica con pendagli di natura organica alloggiati nella regione interstrato

31. Struttura 2D composta da strati di natura inorganica con pendagli di natura organica alloggiati nella regione interstrato

33. Struttura 3D composta da catene di natura inorganica interconnesse tramite residui di natura organica

35. + Cu(CH3COO)2 Metal-organic nanotubes based on copper phosphinates and bypiridines {[(4,4’bipy)Cu2(pcp)2] · 5H2O}n