Nanochimica per la sintesi di nanoparticelle e nanocompositi

Aldo Capobianchi -

Laboratorio Materiali Magnetici Nanostrutturati (nM2-Lab)

Sede di Roma - Monterotondo

Il laboratorio di nanochimica per la sintesi di nanoparticelle e nanocompositi è dedicato alla sintesi di materiali magnetici e non magnetici su scala nanometrica. I tipici materiali magnetici sintetizzati sono nanoparticelle di leghe metalliche aventi struttura L₁₀ (es. FePt, CoPt, MnPt, etc.) con peculiari proprietà magnetiche che dipendono dai metalli costituenti la lega e di interesse per varie applicazioni tra cui la biomedicina, la registrazione magnetica e la catalisi. Diversi metodi di sintesi vengono anche applicati alla produzione di nanoparticelle metalliche come Ag o Ru e semiconduttori come CdS. Il laboratorio si caratterizza inoltre per l'attività di sintesi di nanocompositi a base di nanotubi di carbonio, grafene e grafene ossido legati a nanoparticelle magnetiche e non magnetiche. L'effetto sinergico conferisce particolari proprietà al nanocomposito rispetto ai singoli componenti. Metodi di sintesi green sono utilizzati per la sintesi di nanoparticelle e nanocompositi. In particolare, la tecnica di macinazione con mulino permette di raggiungere ottimi risultati in termini di quantità di materiale prodotto e controllo dimensionale a livello nanometrico. Il laboratorio permette raffinate lavorazioni sotto atmosfera controllata e riduttiva per bassi stati di ossidazione. sperimentali, cosa che viene evitata nella modalità ED. Di contro la tipologia del segnale non risente dalla diminuzione di risoluzione dovuta all'utilizzo del SSD. Le apparecchiature, tipiche del laboratorio chimico, si arricchiscono di linee da vuoto e linee di azoto montate sotto cappe chimiche aspiranti. Il laboratorio si avvale di forni e muffole per trattamenti in aria e di un forno tubolare orizzontale per trattamenti a caldo in atmosfera controllata.

SPECIFICHE TECNICHE

Piastre agitanti/riscaldanti: modelli vari, T_max 300°C.
Linee con vuoto di rotativa (P = 2x10^-3mmHg).
Apparato deposizione LB: (Nordtest, KSV 5000)

TECNICHE DISPONIBILI

Sintesi chimica e deposizione di film sottili organici e di nanoparticelle mediante la tecnica Lagmuir-Blodgett (LB).

CAMPIONI

Polveri o cristalli in quantità tipiche dell'ordine di 100 mg. La facile scalabiltà dei metodi impiegati permette la preparazione di quantità maggiori.
Film sottili organici e di nanoparticelle con superfice massima di 10x10 cm² (mediante LB).

UTILIZZATO PER

Magneti permanenti
Catalisi
Sensori
Semiconduttore/microelettronica
Pulizia e purificazione dell'acqua
Industria chimica

ESEMPI APPLICATIVI

Nanoarchitetture di FePt@MWCNTs/Ru con doppia funzionalizzazione

L'esempio riportato mostra la sintesi di nanocompositi con una nanoarchitettura complessa a tre componenti: i nanotubi di carbonio (CNTs) che conferiscono ampia superficie, nanoparticelle (NPs) di Ru che decorano i CNTs e che agiscono da catalizzatore e NPs di FePt all'interno dei CNTs che hanno lo scopo di conferire al nanocomposito un comportamento magnetico. Quest'ultimo, ha una duplice funzione: la prima, più semplice, è quella di muovere o rimuovere il nanocomposito catalizzatore a proprio piacimento nell'ambiente di reazione. La seconda, più complessa, è quello di fornire un riscaldamento locale al catalizzatore senza riscaldare tutta la soluzione. Il riscaldamento locale è ottenibile tramite un campo magnetico alternato applicato dall'esterno come avviene nel caso dell'ipertermia di NPs magnetiche per scopi terapeutici. Questo potrebbe portare in fase di catalisi ad un forte risparmio di energia ed a una maggiore specificità della reazione. L'unicità di questo lavoro risiede nel grande controllo sulla struttura dei nanocompositi e sul posizionamento altamente specifico (interno o esterno ai CNTs) dei suoi componenti.

Si veda: B. Astinchap,R. Moradian, A. Ardu, C. Cannas, G. Varvaro, A. Capobianchi. Chem. Mater. 24, 3393(2012)

Sintesi efficace di nanoparticelle di lega L₁₀ da sali precursori stratificati

Una strategia di sintesi intelligente e facilmente scalabile, chiamata Preordered-PrecursorsReduction, è stata applicata con successo per sintetizzare nanoparticelle della lega L₁₀ MPt (M = Fe, Co Ni, Mn) altamente ordinate in condizioni più blande rispetto ai processi ordinari. L'ordine naturale dei sali precursori M(H₂O)₆PtCl₆ cristallini, costituiti da atomi M e Pt su piani alternati che imitano la disposizione atomica della struttura L10, svolge un ruolo fondamentale nel fornire a tutti i sistemi una certa quantità iniziale di ordine chimico che facilita la formazione della fase L₁₀ ordinata, che si ottiene quindi in condizioni più miti, in termini di temperatura di processo e tempi di reazione, rispetto a quanto richiesto dalle strategie ordinarie.

Si veda:

X.C. Hu, E. Agostinelli, C. Ni, G.C. Hadjipanayis, A. Capobianchi. Green Chem. 16, 2292 (2014)
G. Varvaro, P. Imperatori, S. Laureti, C. Cannas, A. Ardu, P. Plescia, A. Capobianchi, JALCOM, In press (2020)

Nanochimica per la sintesi di nanoparticelle e nanocompositi