Metodi di Total Scattering per lo studio di materiali alla nanoscala

I materiali ibridi hanno il vantaggio di combinare in modo sinergico le proprietà funzionali dei singoli componenti e di poterle modulare in sistemi ad alta tecnologia. Una delle combinazioni più interessanti è costituita da sistemi ibridi cristallini/amorfi. Tra questi, nanocompositi di SiO2 (biossido di silicio) amorfo (e poroso) e TiO2 (biossido di titanio) nanocristallino, disperso nella matrice silicea sotto forma di particelle di pochi nanometri (1 nm = 10-9 m), riescono a combinare elevate proprietà di assorbimento (SiO2) e di fotocatalisi (TiO2), di rilevante interesse ambientale (purificazione di inquinanti organici), energetico (fotovoltaico e produzione di idrogeno) e industriale (vernici e tessuti auto-pulenti). Per caratterizzare quantitativamente le proprietà strutturali e microstrutturali di entrambe le componenti e le loro reciproche influenze in condizioni di sintesi diverse (di tipo sol-gel), sono stati sviluppati metodi innovativi di modellizzazione, utilizzando misure di diffrazione di raggi X di sincrotrone, effettuate presso la Material Science Beamline MS4@SLS (Swiss Light Source). Tali metodi, cosiddetti di Total Scattering, si basano sull'uso combinato dei metodi di analisi "Debye Function" e "Radial Distribution Function". L'approccio ha consentito di descrivere gli effetti sistematici della matrice amorfa su forma e dimensione dei nanocristalli, di investigare l'interfaccia SiO2/TiO2 e di correlare la loro influenza sulle proprietà ottiche, elettroniche, fotocatalitiche e di assorbimento dei compositi. Le tecniche di Total Scattering qui introdotte, sono particolarmente adatte a caratterizzare sistemi nanocristallini e disordinati e (contrariamente alle microscopie) costituiscono metodi di indagine non locale, di fondamentale importanza per effettuare analisi ad alta significatività statistica ed in processi di scale-up.

Authors: G. Cernuto, S. Galli, F. Trudu, G.M. Colonna, N. Masciocchi, A. Cervellino, A. Guagliardi

Title: Investigating the Amorphous-Crystalline Interplay in SiO2/TiO2 Nanocomposites by Total Scattering Methods

Journal: Angew. Chem. Int. Ed.

Year: 2011

References: 50 (2011), pp. 10828-10833