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