Riassunto analitico
Il cerio, terra rara appartenente al gruppo dei lantanidi, può essere trovato in due differenti stati di ossidazione, uno trivalente (Ce3+) e uno tetravalente (Ce4+), che differiscono per la presenza di un elettrone nell’orbitale 4f: in conseguenza di ciò anche il suo ossido può trovarsi in due forme, come Ce2O3 e come CeO2, che viene anche detto ceria ed è il più stabile in condizioni standard. L’ossigeno del reticolo di questo ossido possiede un’elevata mobilità, caratteristica che conferisce alla ceria straordinarie capacità di immagazzinare, trasportare e rilasciare ossigeno, passando da uno stato di ossidazione all’altro con estrema facilità. Da un punto di vista fondamentale però, l’origine microscopica delle proprietà peculiari dell’ossido di cerio è ancora ampiamente dibattuta in numerosi studi sia sperimentali che teorici, volti a stabilire la natura della sua facile riducibilità. Rivelandosi quanto mai necessaria una comprensione profonda della fisica e della chimica dell’ossido di cerio, un approccio fondamentale fondato su sistemi modello può essere di grande aiuto per capire i processi alla base delle proprietà che hanno originato un’attenzione così grande riguardo questo materiale, fornendo contributi importanti allo sviluppo delle tecnologie ad esso correlate. Nella prima parte di questo lavoro si è studiato un sistema modello costituito da nano-particelle di argento depositato su un film spesso di ossido di cerio, a sua volta cresciuto su un substrato di platino, proponendosi di ricavare informazioni di tipo strutturale tramite misure EXAFS condotte presso la European Synchrotron Radiation Facility di Grenoble. Questa tecnica permette di ricavare informazioni sull’intorno atomico locale di una data specie chimica, permettendo di costruire un quadro della struttura locale di un dato composto. Come già menzionato, però, le applicazioni di questo straordinario materiale non si limitano al campo catalitico. Le sue proprietà antiossidanti hanno portato ad includere il cerio nella lista degli elementi utilizzati per funzionalizzare ulteriormente determinati materiali utilzzati in campo biomedico: tra questi troviamo i vetri 45S5, detti “Vetri di Hench”. Questi vetri, che trovano principali applicazione nell’ambito della medicina ricostruttiva e protesica, rappresentano una categoria formata da un vasto insieme di materiali biocompatibili, che condividono una matrice silicatica contenente sodio calcio e fosforo, che viene poi arricchita e ulteriormente funzionalizzata con altri elementi.La seconda parte dell’opera è dedicata alla caratterizzazione di un vetro di Hench addittivato con ossido di cerio, eseguita tramite studi di spettroscopia Auger (AES) e di fotoemissione (XPS). In prima battuta è stata studiata la sua composizione, cercando di capire come la presenza della terra rara modifichi la matrice vetrosa, e in quale stato di ossidazione si trovi il cerio all’interno di questi sistemi. Il passo successivo è stato verificare che le proprietà di ossidoriduzione della ceria vengano conservate anche all'interno della matrice vetrosa. Infine si è cercato di costruire un modello che possa spiegare l'interazione tra questi vetri e l'acqua ossigenata: a livello fiosiologico infatti l'ossido di cerio permette di ottenere una riduzione dell'H2O2, dannosa per l'organismo, a semplice H2O. In questo lavoro sono state effettuate prove che hanno dimostrato che anche il vetro addittivato possiede queste proprietà antiossidanti,sulle quali si è cercato di fare maggiore chiarezza, cercando di determinare in primis se la reazione avviene all'interfaccia con il vetro oppure in soluzione, e in secondo luogo di ricostruire le dinamiche dell’interazione.
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