Analisi delle strutture metallorganiche (MOFs) in polvere

Le polveri costituiscono la forma di materia prima più diffusa per la preparazione di materiali e dispositivi in vari campi: sono ampiamente utilizzate ad esempio nelle batterie, nella catalisi, nei componenti elettronici, nei prodotti farmaceutici e in altre applicazioni. La composizione e la microstruttura delle polveri delle materie prime influenzano le proprietà finali del materiale. La distribuzione granulometrica delle particelle, la forma, la porosità e la superficie specifica delle polveri possono corrispondere a ben precise e peculiari proprietà del materiale. Pertanto la verifica e il controllo della materia prima in polvere è un prerequisito fondamentale.

Nello specifico, la porosità e la superficie specifica delle polveri possono essere misurate grazie ad analizzatori automatici basati sull’adsorbimento fisico di gas (metodo BET), come ad esempio l’Automatic BET Surface Area & Porosimetry Analyzer EASY-V 3440 di CIQTEK. Mentre per la verifica di tutti gli altri parametri è possibile ricorrere alla microscopia elettronica a scansione SEM.

Nel settore della catalisi, la realizzazione di materiali metallorganici (MOFs) per migliorare le prestazioni catalitiche superficiali è diventata oggi uno dei temi di ricerca più studiati. I MOFs (Metal Organic Frameworks) sono materiali cristallini costituiti da ioni o cluster metallici coordinati a leganti organici rigidi in modo da formare strutture mono-, bi- o tridimensionali con porosità molto elevata. Lo spazio vuoto all’interno del materiale può raggiungere il 90% del volume del materiale, con aree superficiali interne molto elevate, anche oltre i 6000 m²/g. I MOFs possono essere sintetizzati a partire da una gran varietà di componenti organici e inorganici, ottenendo strutture diversissime tra loro.

Fig.1 – Analisi di materiale metallorganico con microscopio CIQTEK SEM3200 a 15 kV utilizzando il detector ETD (SE).

Questi materiali presentano dunque vantaggi unici: la possibilità di coordinare diversi metalli, una struttura porosa, e di conseguenza un elevato numero di siti catalitici. Utilizzando un microscopio elettronico a scansione a tungsteno ad elevate prestazioni come il SEM3200 di CIQTEK, è possibile apprezzare la forma cubica regolare di un materiale MOF (Fig.1), e di rivelare la presenza di molte piccole particelle adsorbite sulla sua superficie. Grazie all’elevato potere risolutivo anche alle medie e basse tensioni di accelerazione, è possibile osservare chiaramente la morfologia e i dettagli superficiali come le increspature e i pori.

Bibliografia

H.-C. Zhou, J. R. Long e O. M. Yaghi, Introduction to Metal-Organic Frameworks, in Chem. Rev., vol. 112, n. 2, 2012, pp. 673-674, DOI: 10.1021/cr300014x.

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