Reactive dissolution of organic nanocrystals at controlled pH

Nowadays, current research on organic crystals dissolution process is an essential tool in many areas of science and industry. Chemical wastes deriving from industrial processes, which involve organic crystals, need to be removed from the environment. The development of novel protocols for waste treatment represents the state of art in the so called “green conversion”. Moreover, controlling the morphology of advanced organic materials is a key task for their application in different fields, such as electronic devices, sensors, drug delivery in pharmaceutical and biomedical world. In the past years, most of the studies have been carried out on millimetre scale length, without any information regarding dissolution mechanism on a molecular scale. According to these studies, crystal dissolution process is thought to terminate with etch pits (surface local cracks) formation step. In this work, the morphological evolution of porphyrin (in particular, tetraphenylporphyrin (H2TPP)) nanofilms, deposited onto a substrate of Highly Oriented Pyrolitic Graphite (HOPG), is explored, during a disso-lution process controlled by pH, with atomic force microscopy (AFM) technique. Porphyrins nanocrystals are advanced organic nanomaterials, with an high phase stability, that show an interesting dissolution process. AFM images are captured in-situ and in real time, by immersion of the sample in acidic environment. The change of the pH of the solution, a diluted sulfuric acid solution, offers the possibility to explore unprecedented ranges of undersaturation. With this approach, it will be shown that crystals dissolution occurs even though etch pits formation is suppressed.

Gli studi sul processo di dissoluzione dei cristalli organici costituiscono, attualmente, uno dei temi maggiormente trattati nel mondo scientifico, nell'area industriale e riguardanti problemi ambientali. I rifiuti chimici dei processi industriali sono un pericolo per l'ambiente e devono essere smaltiti. In generale, il controllo sull'evoluzione morfologica dei materiali organici avanzati rappresenta uno step essenziale in campo tecnologico, per la loro applicazione come dispositivi elettronici e sensori, o per il trasporto di farmaci, in campo farmaceutico e biomedico. La maggiorparte di queste ricerche, tuttavia, è stata effettuata negli anni su scala millimetrica, senza nessun riferimento al meccanismo di dissoluzione su scala molecolare. Secondo questi studi, il processo di dissoluzione dei cristalli si conclude con la formazione di difetti, gli etch pit, sulla superficie cristallina. In questo lavoro, utilizzando un microscopio a forza atomica (AFM), viene analizzata l'evoluzione morfologica di un film sottile di nanocristalli di tetrafenilporfirina (H2TPP), depositato su un substrato di grafite pirolitica altamente orientata (HOPG), durante l'immersione in una soluzione diluita di acido solforico. I nanocristalli di porfirine sono dei nanomateriali organici avanzati, con un'elevata stabilità di fase, che mostrano un interessante processo di dissoluzione. Quest'ultimo viene controllato variando il pH della soluzione. Verrà dimostrato che la dissoluzione dei nanocristalli si verifica anche quando gli etch pit non compaiono sulla superficie cristallina.