COMPOSITI IBRIDI INNOVATIVI OTTENUTI ATTRAVERSO LA MODIFICA DI SUPERFICIE DI FERRITI PER APPLICAZIONI BIOMEDICHE E AMBIENTALI

The aim of the present PhD thesis is the surface modification of iron oxide nanostructures with molecular monolayers (SAMs) or metal organic framework (MOFs) in order to obtain hybrid materials suited for environmental or biomedical applications. In particular, the iron oxides studied were the superparamagnetic Fe3O4 nanoparticles (magnetite) and the perovskite bismuth ferrite (BiFeO3 or BFO) nanoparticles. As for Fe3O4, in addition to its well-known magnetic properties, it has excellent biocompatibility, biodegradability and non-toxicity for humans. These unique features are essential for biomedical applications, particularly for drug delivery systems. The BFO is a multiferroic material and therefore has several remarkable properties, but one of these distinguishes it in the competitive field of photocatalysis. Compared to other semiconductors (such as TiO2), it has a very narrow gap, making it an efficient photocatalyst in the visible region of the solar spectrum. This makes it suitable for the degradation of harmful organic compounds such as dyes, organic waste and pesticides. Moreover, the molecular approaches of material science have reached such a level of sophistication that it is possible to control the assembly of a wide variety of nano-objects in complex and organized hybrid architectures (self-assembly, metal-organic frameworks, bio-inspired strategies, etc.) for the production of smart materials and devices with complex structures at a high level of miniaturization. The combination of inorganic nanostructures with versatile organic coatings in a hybrid material and the evaluation of its functional properties is the central issue of this thesis.

L'obiettivo di questa tesi di dottorato è la modifica superficiale di nanostrutture di ossido di ferro con monostrati molecolari (SAMs) o struttura organica metallica (MOFs) al fine di ottenere materiali ibridi adatti per applicazioni ambientali o biomediche. In particolare, gli ossidi di ferro studiati sono state le nanoparticelle superparamagnetiche di Fe3O4 (magnetite) e le nanoparticelle di ferrite di bismuto (BiFeO3 o BFO). Per quanto riguarda il Fe3O4, oltre alle sue note proprietà magnetiche, ha un'eccellente biocompatibilità, biodegradabilità e non tossicità per l'uomo. Queste caratteristiche uniche sono essenziali per le applicazioni biomediche, in particolare per i sistemi di trasporto farmaci. Il BFO è un materiale multiferroico e quindi ha diverse notevoli proprietà, ma una di queste lo contraddistingue nel campo competitivo della fotocatalisi. Rispetto ad altri semiconduttori (come il TiO2), ha un band-gap molto stretto, rendendolo un efficiente fotocatalizzatore nella regione visibile dello spettro solare. Questo lo rende adatto alla degradazione di composti organici nocivi come coloranti, rifiuti organici e pesticidi. Inoltre, gli approcci molecolari della scienza dei materiali hanno raggiunto un livello di sofisticazione tale che è possibile controllare l'assemblaggio di un'ampia varietà di nano-oggetti in architetture ibride complesse e organizzate (autoassemblaggio, strutture metalliche organiche, strategie bio-ispirate, ecc.) per la produzione di "smart materials" e dispositivi con strutture complesse ad alto livello di miniaturizzazione. Lo scopo centrale di questa tesi è la combinazione di nanostrutture inorganiche con rivestimenti organici versatili in un materiale ibrido e la valutazione delle sue proprietà funzionali.