Gruppo di ricerca in sintesi e caratterizzazione di materiali inorganici funzionali Prof. Franca Morazzoni Prof. Roberto Scotti Dr. Massimiliano D’Arienzo, PhD Dr.Laura Whaba, PhD student Dr Maurizio Crippa, PhDstudent Dr. Amre……., PhD University of Cairo

Perché i materiali organici sono più attraenti? Strutture di due tipiche molecole liquido-cristalline

Perché è più immediato collegare struttura a funzionalità I tre tipi comuni di fasi liquido-cristalline Fase colesterica Fase smettica Fase nematica

La semicristallinità di una catena polimerica

Celle elementari di alcuni materiali ceramici YBa2Cu3O7 SiC carburo di silicio BN BN cubico (borazone) Nel caso di materiali inorganici bisogna risalire almeno al reticolo cristallino

Nell’ambito dei materiali inorganici, la forma delle molecole, quando esistenti, non guida facilmente alla comprensione della funzionalità Sceglieremo due casi di studio attivi presso il laboratorio: Studio di materiali ossidici semiconduttori per sensori resistivi di gas tossici Studio di materiali ossidici semiconduttori per fotocatalisi e fotoconversione di energia

Yamazoe Mechanism (Chemical Sensor Technology Vol. 4, 1992, Elsevier Reazioni di superficie dell’ossido semiconduttore responsabili della risposta del sensore Yamazoe Mechanism (Chemical Sensor Technology Vol. 4, 1992, Elsevier

SnO2 Difetti di ossigeno e loro determinazione mediante EPR VO SnSn-O2- SnO2 VO F.Morazzoni et Al., J.Mater.Chem.,1997,7, 997-1002

Modalità di incrementare la reattività di superficie mediante modifica di morfologia Sol-gel synthesis from alkoxide precursors Sol-gel assisted template synthesis (assembling properties) 5mm (a) (b) (d) (c)

Sintesi sol-gel assistita da templante Latex spheres ( 220 or 350 nm) in water Latex opal Impregnation with metal doped SnO2 precursor Metal doped SnO2 inverse opal

Struttura di opale inverso formata da ponti nanocristallini e contatti attorno a sfere vuote.

Surface reactivity of semiconductor oxides for gas sensors L Ru(Pt)-Doped SnO2 opale inverso: il drogaggio chimico con metallo nobile sensibilizza il materiale

Sviluppi futuri della ricerca: Modificare sia morfologicamente che chimicamente gli ossidi semiconduttori al fine di massimizzarne la interazione con i gas e la risposta elettrica.

Meccanismo di fotocatalisi basato su TiO2

Morfologie cristalline ottenute per i differenti fotocatalizzatori a base di TiO2 [001] [110] [101] [010] (a) (b) (c) (d) (e) (f) Rutile displays elongated crystals with high aspect ratio (a,b,c) Anatase displays small cubic crystals (d,e) TEM (a, b, d, f) and HRTEM (c, e) images of : (a, b, c) pure rutile (d, e) pure anatase; (f) mixed anatase 48 wt% and rutile 52 wt% sample.

L’attività catalitica per la decomposizione ossidativa del fenolo è legata alla composizione di fase cristallina

L’attività catalitica dipende dalla velocità di ricombinazione elettrone buca: l’EPR consente di studiarla EPR spectra of hydrothermal TiO2 samples recorded at 10 K after 20 minutes of UV irradiation. (a) pure rutile (HT5); (b) anatase 20 wt% and rutile 80 wt% (HT4); (c) anatase 50 wt% and rutile 50 wt% (HT3); (d) anatase 80 wt% and rutile 20 wt% (HT2); (e) pure anatase (HT1). (a’)and (e’) simulate (a) and (e) spectra, spectively.

Sviluppi futuri Produrre nuovi materiali contenenti atomi differenti da Ti ed O, capaci di favorire l’intrappolamento delle cariche Immobilizzare il catalizzatore su membrana porosa inorganica, salvaguardando la sua reattività superficiale