La sintesi di nanomateriali ibridi organici/inorganici attraverso assemblaggio molecole organiche mediante legame covalente su superfici inorganiche rappresenta un interessante approccio alla prospettiva di fabbricazione di sensori altamente sensibili per gas, da impiegare per il monitoraggio ambientale.
Molecole organiche a base di porfirine o di ftalocianine (in film sottili) presentano delle proprietà ottiche e di semiconduzione a livelli di ppm e pertanto sono materiali attraenti per un facile monitoraggio di gas nocivi nell'ambiente.
L'attività di ricerca è stata focalizzata sulla 5,10,15-tri-{p-dodecanossifenil}-20-(p-idrossifenil) porfirina e la 5,10,15-tri-[p-(w-metossi-polietilenossi)fenil]-20-(p-idrossifenill) porfirina (indicate con P). Questi cromofori che mostrano un coefficiente di assorbanza molare molto alto (3.3×10^5) ed una buona affinità per NO2 che rende la porfirina molto efficiente come sensore ottico per gas.
Le molecole di porfirine utilizzate presentano un solo gruppo idrossilico in posizione periferica ce consente un legame covalente univoco con il substrato inorganico. Inoltre, l'ingombro sterico dovuto alle tre lunghe catene sostituenti (sia alifatiche che polietilenglicoliche), covalentemente legate alle rimanenti posizioni periferiche della porfirina, potrebbe prevenire il ben noto fenomeno di aggregazione dovuto ad interazioni di "stacking".
Come materiale inorganico per legare covalentemente un monostrato di porfirina P sono stati utilizzati substrati a base di silice (P-Si, Schema 1).
La capacità di riconoscere l'NO2 per il sistema P-Si è stata dapprima testata in soluzione di THF per la porfirina libera e, successivamente dopo l'ancoraggio sulla superficie della silice.
Lo spettro di assorbimento UV-Vis. della soluzione in THF di porfirina (Figura 1), dopo un gorgogliamento di 10 sec di un flusso di 5 ppm di NO2 in corrente di azoto, mostra una marcata diminuzione della Soret band e delle Q-bands, seguito da un aumento di due bande addizionali a 452 e 685 nm.
Sul sistema P-Si sono stati condotti cicli di 50 rapide scansioni UV-Vis nel range 400-500 nm (frequenza di scansione 4 sec, velocità di scansione 50 nm/sec) durante l'esposizione in situ di un flusso di NO2/N2 a 1 ppm (velocità di flusso 100 sscm). La figura 2 mostra l'evoluzione dello spettro di assorbimento UV-Vis del P-AM durante l'esposizione al flusso di gas.
Si osserva la progressiva scomparsa della Soret band a 425 nm, mentre una nuova banda a 462 nm cresce parallelamente all'introduzione di NO2.
I risultati collezionati dimostrano un'alta efficienza ed una buona selettività del sistema P-AM come sensore reversibile per NO2, migliori di quelli già noti e riportati in letteratura.
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