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Jun 20, 2023

Il MIL

Scientific Reports volume 5,

Scientific Reports volume 5, numero articolo: 14341 (2015) Citare questo articolo

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I nanocompositi metallici o di ossidi metallici/carbonio con sovrastrutture gerarchiche sono diventati uno dei materiali funzionali più promettenti in sensori, catalisi, conversione di energia, ecc. In questo lavoro, sono state fabbricate nuove superstrutture gerarchiche Fe3O4/carbonio basate su strutture metallo-organiche (MOF) )-metodo derivato. Tre tipi di Fe-MOF (MIL-88A) con morfologie diverse sono stati preparati in anticipo come modelli e poi pirolizzati per fabbricare le corrispondenti nuove sovrastrutture gerarchiche Fe3O4/carbonio. Sono stati condotti in dettaglio studi sistematici sul processo di decomposizione termica dei tre tipi di MIL-88A e sull'effetto della morfologia del modello sui prodotti. Per studiare le sovrastrutture gerarchiche Fe3O4/carbonio sono state impiegate la microscopia elettronica a scansione, la microscopia elettronica a trasmissione, la diffrazione di raggi X su polveri, la spettroscopia fotoelettronica a raggi X e l'analisi termica. Sulla base di queste superstrutture gerarchiche Fe3O4/carbonio risultate, è stato sviluppato un nuovo e sensibile sensore non enzimatico di N-acetil cisteina. Le sovrastrutture porose e gerarchiche e l'ampia area superficiale delle sovrastrutture Fe3O4/carbonio così formate hanno infine contribuito alla buona attività elettrocatalitica del sensore preparato verso l'ossidazione della N-acetil cisteina. Il metodo di preparazione proposto delle sovrastrutture gerarchiche Fe3O4/carbonio è semplice, efficiente, economico e facile da produrre in serie. Potrebbe aprire una nuova strada per la preparazione delle sovrastrutture gerarchiche.

Fe3O4 ha attirato un'enorme attenzione per le sue nuove proprietà magnetiche e catalitiche. Tuttavia, la sua scarsa conduttività, la facile aggregazione e l'inutilità in soluzioni acide forti lo escludono come materiali promettenti in molti campi come l'elettrochimica e la biologia. Per superare questi inconvenienti, nel Fe3O41 sono stati introdotti altri agenti (ad esempio liposomi, micelle, polimeri, silice) con proprietà compensative. Tra questi, il carbonio era il materiale tipico utilizzato per promuovere la conduttività e la stabilità di Fe3O4. Ad esempio, il Fe3O4 incorporato in nanofogli o nanotubi di carbonio porosi traeva vantaggio dalla conduttività del carbonio e veniva utilizzato come materiale anodico durevole per batterie agli ioni di litio ad alta velocità. Allo stesso tempo, la matrice di carbonio potrebbe inibire efficacemente l’aggregazione di Fe3O42,3. I nanocompositi Fe3O4@carbon dopo ulteriore modifica con forti agenti ossidanti potrebbero essere biocompatibili e applicati come rilascio di farmaci4. Recentemente, è stata segnalata la sintesi idrotermale in un unico passaggio di nanocompositi Fe3O4@carbonio con grandi prestazioni in biomedicina5.

Generalmente, esistono due strategie per sintetizzare i nanocompositi Fe3O4@carbon. Il primo metodo è la chimica umida, ovvero Fe3O4@carbon viene sintetizzato mescolando nanoparticelle Fe3O4 o i loro precursori con una fonte di carbonio (ad esempio glucosio, dopamina, glicole etilenico, acido citrico, acido oleico, EDTA, ecc.) seguita da un processo di carbonizzazione5,6,7,8,9,10. Per questa strategia era necessaria una forte dipendenza dalle condizioni di reazione, quindi inevitabilmente si verificavano aggregazioni e rifiuti chimici. Inoltre, la maggior parte dei prodotti presentava esterni compatti e lisci, limitando l'effettivo utilizzo della superficie interna. Il secondo metodo è il metodo a secco come lo sputtering del magnetron. Con questo metodo, il Fe3O4@carbon risultante ha sempre mostrato una bassa dimensionalità2. Infatti, le proprietà dei materiali possono essere migliorate personalizzandone forme, dimensioni e composizioni11. Molti sforzi sono stati dedicati alla progettazione della morfologia dei materiali per promuoverne ulteriormente le prestazioni12,13. Recentemente l'architettura tridimensionale (3D) è stata utilizzata come modello per garantire sia un'elevata porosità che una buona conduttività14,15. Ad esempio, le NP bimetalliche simili a fiori o dendritiche a base di Pt hanno mostrato un grande potenziale come catalizzatori per ridurre il consumo di Pt, fornendo un'elevata area superficiale e facilitando prestazioni migliorate nelle applicazioni catalitiche16,17,18,19,20.