Funzionalizzazione di nanoparticelle magnetiche per applicazioni in dispersione acquosa

Abstract

Il progetto di tirocinio è incentrato sullo studio della stabilità colloidale, in ambiente acquoso, di nanoparticelle magnetiche (MNPs) a base di ossidi di ferro con struttura a spinello (MFe₂O₄, M = Fe(II)). In seguito alla sintesi, la superficie delle MNPs viene inizialmente funzionalizzata con molecole idrofobiche; successivamente, mediante una procedura nota come ligand exchange, queste vengono sostituite con molecole idrofiliche, quali l’acido citrico (CA) e l’acido diidrocaffeico (DHCA), al fine di ottenere dispersioni colloidali stabili in ambiente acquoso. Per l’analisi delle proprietà chimico-fisiche delle nanoparticelle sono state impiegate le seguenti tecniche di caratterizzazione: la diffrazione a raggi X (XRD), per confermare la fase cristallina di riferimento e valutare la dimensione cristallina media delle MNPs; l’analisi termogravimetrica (TGA), per quantificare la frazione in peso delle molecole di superficie adsorbite sulle nanoparticelle magnetiche; la spettroscopia infrarossa in trasformata di Fourier (FTIR), per identificare i gruppi funzionali coinvolti nell’interazione con le MNPs; e il dynamic light scattering (DLS), utilizzato per studiare la stabilità colloidale e la distribuzione dimensionale delle nanoparticelle in soluzione acquosa.

This internship project focuses on the study of the colloidal stability of magnetic nanoparticles (MNPs) based on iron oxides with a spinel structure (MFe₂O₄, M = Fe(II)) in aqueous environments. Following synthesis, the surfaces of the MNPs are initially functionalized with hydrophobic molecules; subsequently, through a procedure known as ligand exchange, these molecules are replaced with hydrophilic ligands, such as citric acid (CA) and dihydrocaffeic acid (DHCA), in order to obtain colloidally stable dispersions in aqueous media. The chemical and physical properties of the nanoparticles were investigated using the following characterization techniques: X-ray diffraction (XRD), to confirm the reference crystalline phase and evaluate the average crystallite size of the MNPs; thermogravimetric analysis (TGA), to quantify the weight fraction of surface molecules adsorbed onto the magnetic nanoparticles; Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), to identify the functional groups involved in the interaction with the MNPs; and dynamic light scattering (DLS), employed to study the colloidal stability and size distribution of the nanoparticles in aqueous solution.