Riassunto analitico
I sistemi regolari di porosità e canali che caratterizzano i framework zeolitici, rendono questi materiali degli host ideali per ospitare molecole organiche. In particolare, l’inclusione di specie fotoattive, come i coloranti, porta alla realizzazione di nuove strutture supramolecolari all’interno di sistemi monodimensionali di canali.
Le particolari proprietà ottiche che mostrano questi materiali ibridi zeolite/colorante li rendono composti di impiego strategico in diversi campi, in particolare per lo sviluppo di dispositivi tecnologici con possibili applicazioni che spaziano dalla microelettronica, alla diagnosi medica, fino al settore delle energie rinnovabili per lo sviluppo di celle solari.
Per quanto un’interessante gamma di applicazioni sia già stata realizzata, sono ancora scarse le informazioni sulla struttura cristallina e sulle interazioni host/guest zeolite/colorante, fondamentali per capire la funzionalità e la stabilità di questi composti. Le proprietà di questi materiali dipendono dalla disposizione delle molecole di colorante all’interno dei canali.
Lo scopo di questa tesi è la sintesi di questi compositi e la loro caratterizzazione dal punto di vista strutturale, in modo da ricavare informazioni su di essi, finora completamente mancanti. Per questo lavoro è stato scelto come host un allumino-fosfato, AlPO4-5, con struttura tipo AFI, in quanto, studi precedenti effettuati hanno dimostrato l’incorporazione e l’allineamento di molecole di colorante all’interno dei canali.
La zeolite è stata sintetizzata in condizioni idrotermali seguendo protocolli riportati in letteratura e opportunamente modificati per consentire l’inserimento del colorante nei canali.
I coloranti incapsulati nella AlPO4-5 sono, azobenzene e oxazina-1, rispettivamente un colorante neutro ed uno cationico.
Data la loro diversa natura, per le due specie è stata prevista una modalità diversa di inclusione nell’host: nel caso dell’azobenzene il caricamento è avvenuto tramite gas-phase adsorption, i campioni di AlPO4-5, una volta disidratati, sono stati lasciati in un autoclave a 150° a contatto con azobenzene affinché il colorante entrasse come fase vapore.
Per l’oxazina-1 è invece stato previsto l’inserimento diretto durante la cristallizzazione, basandosi su protocolli presenti in letteratura, eseguendo diverse prove, con diverse quantità di reagenti e diversi tempi di reazione.
I compositi così sintetizzati sono stati caratterizzati tramite SEM, analisi termogravimetrica (TG) e diffrazione a raggi X su polveri (XRPD). Gli spettri di diffrazione a raggi X sono stati raccolti sia con sorgenti convenzionali che con luce di sincrotrone. Grazie ai dati ottenuti da esperimenti effettuati su due diverse beam-lines (ID22 a ESRF e X-PRESS a Elettra) è stato possibile effettuare un raffinamento strutturale con il metodo Rietveld, utilizzando il programma GSAS con interfaccia EXP-GUI.
Ciò ha permesso, per quanto riguarda la fase AlPO4-5 + azobenzene, la localizzazione di parte della molecola di colorante all’interno dei canali zeolitici.
Dal raffinamento strutturale della zeolite contenente azobenzene si sono tratte le seguenti informazioni: l’incapsulamento della molecola di colorante all’interno del framework AFI ha deformato leggermente il framework comportando un arrotondamento dei canali.
La molecola planare dell’azobenzene risulta inclinata di circa 36° rispetto all’asse cristallografico c.
La distanza minima che la molecola presenta dal framework è di 2.5 Å.
Questo risultato, in accordo con altri lavori riportati in letteratura su sistemi analoghi, indica che potrebbe esserci un influenza da parte dell’host sulla molecola ospite.
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