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Chimica dei materiali inorganici e ibridi

Barbara Di Credico, Massimiliano D'Arienzo, Franca Morazzoni, Roberto Scotti

L’attività di ricerca riguarda la sintesi la sintesi, la caratterizzazione spettroscopica e lo studio funzionale di ossidi metallici con struttura e morfologia controllata e di materiali ibridi organici-inorganici e della loro interfaccia.

Le linee di ricerca attuali sono:

Ossidi nano strutturati e materiali ibridi organici-inorganici per applicazioni foto catalitiche

Nanocristalli di TiO2 con struttura, dimensione e morfologia definite, sintetizzati mediante differenti metodi (es.: idrotermale e sol-gel assistito da tensioattivi), sono utilizzati come fotocatalizzatori per l’ossidazione di inquinanti organici ed inorganici in acqua ed in aria. In particolare il lavoro è focalizzato sulla crescita di nanocristalli di forma controllata mediante funzionalizzazione superficiale con molecole organiche e sullo studio dei meccanismi di reazione fotocatalitici (generazione di radicali nei processi di foto decomposizione; formazione e reattività all’interfaccia dei centri di trappola di cariche fotogenerate) mediante tecniche spettroscopiche e spettromagnetiche. L’attività fotocatalitica è messa in relazione con la stabilità dei portatori di carica e con le facce esposte dei nanocristalli.

I cristalli di TiO2 con polimorfismo controllato, morfologia definita e specifiche superfici esposte, in grado di fornire siti per le reazioni di fotoriduzione, sono anche i building block utilizzati nella preparazione di materiali ibridi per la cattura di CO2 e la fotoconversione in combustibili rinnovabili (es.: CH3OH, CH4). Questi fotocatalizzatori ibridi presentano sia le proprietà fotoriduttive di TiO2 che la capacità di uno specifico sensibilizzatore organico (es.: unità ammino saliciliche con sostituenti arilazo) di favorire l’adsorbimento di CO2 sulla superficie dell’ossido e l’assorbimento della luce solare.

Ossidi semiconduttori nano strutturati per sensori per gas

Ossidi metallici semiconduttori nanostrutturati (SnO2, ZnO, WO3) puri e drogati con metalli di transizione sono impiegati come materiali per sensori per gas (CO, O2, NOx, NH3). In particolare, la ricerca è finalizzata alla preparazione mediante metodi di soft chemistry di film di ossidi con porosità definita e costituiti da nanocristalli con forma e dimensione controllata per migliorare le proprietà di rivelazione dei gas. Opportune tecniche spettroscopiche e spettro magnetiche sono utilizzate per riconoscere i centri ed i difetti responsabili delle risposta elettrica del materiale e per mettere in relazione la reattività superficiale verso i gas target con le specifiche superfici esposte dei nano cristalli di ossido.

Filler inorganici di forma controllata per la produzione di nanocompositi di gomma per autotrazione

L’addizione di filler di silice alla gomma ha un grande effetto sulle proprietà di rinforzo meccanico dei nano compositi della gomma. La ricerca è focalizzata sulla sintesi di particelle di silice di forma isotropica/anisotropia definita, funzionalizzate superficialmente con gruppi in grado di interagire chimicamente e fisicamente con il polimero. Differenti metodi sol-gel acquoso e non acquoso, anche in presenza di tensioattivi come agenti che indirizzano la crescita della particella, sono utilizzate per la preparazione in situ ed ex-situ di particelle di silice utilizzate come filler nei nanocompositi silice/gomma. Lo scopo è correlare le caratteristiche superficiali e morfologiche delle nanoparticelle con la dispersione del filler, la formazione del network di particelle, le interazioni filler-filler e filler-rubber responsabili del rinforzo e delle proprietà meccaniche del composito.

Apparecchiature:

  • Laboratorio chimico convenzionale equipaggiato per la sintesi dei precursori dei materiali, i trattamenti termici in atmosfera controllata, la preparazione di campioni per l’analisi spettroscopica, le reazioni e i trattamenti ad alta pressione;
  • Analizzatore di Carbonio Organico Totale (TOC) Shimadzu TOC-V CSH per campioni liquidi e gassosi;
  • Analizzatore di chemiluminescenza di NOx Sartec E200;
  • Analizzatore di area superficiale e di misura dei pori Autosorb-1-MP Quantachrome Instrument, per misure di micropori;
  • Laboratorio di spettroscopia;
  • Spettrometro di Risonanza Paramagnetica Elettronica (EPP) Brucker EMX, in banda X e Q, equipaggiato con un controllo di temperatura 4 -500 K, una rampa gas/vuoto per i trattamenti in-situ dei campioni ed un sistema per l’irraggiamento UV/Vis in cavità;
  • Spettroscopia di assorbimento elettronica e vibrazionale convenzionale (UV-Vis, IR, Raman micro-Raman).