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Descrizione del modulo "Processi catalitici sostenibili per la produzione e la funzionalizzazione di macromolecole (PM.P03.002.007)"
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- Descrizione del modulo "Processi catalitici sostenibili per la produzione e la funzionalizzazione di macromolecole (PM.P03.002.007)" (literal)
- Tematiche di ricerca
- L'attività di ricerca scolta all'interno del modulo può essere così riassunta: 1) Sintesi e sviluppo di nuovi catalizzatori \"single site\" di ultima generazione a struttura immino- ed ammino-piridinica, oltrechè catalizzatori di tipo \"pincer\" a struttura immino- ed ammino-fosfinica in combinazione con metalli della serie \"early\", \"late\" e della serie dei lantanidi per la oligomerizzazione/polimerizzazione di etilene, isoprene ed alfa-olefine oltrechè per reazioni di idroamminazione inter- e intra-molecolari. 2) Funzionalizzazione organica di sistemi macromolecolari carboniosi complessi quali nanotubi al carbonio (CNT), nanohorns e grafene/grafene-ossido finalizzata alla preparazione di nanocarriers macromolecolari per applicazioni nel campo del sensing, del \"delivery\" mirato di farmaci e/o principi attivi. 3) Produzione di sistemi nanocarboniosi complessi etero-dopati con elementi quali, N, B e P per applicazuione nel campo della catalisi eterogenea e nello specifico per processi di ORR con sistemi eterogenei innovativi completamente privi di metalli. Tali sistemi sono anche utilizzati con successo nell'ambito della deidrosolforazione ossidativa di gas naturali. (literal)
- Competenze
- - sintesi organiche e metallorganiche
- design e sviluppo di catalizzatori per la omo- e co-polimerizzazione di olefine
- design e sviluppo di catalizzatori per la idroamminazione di olefine ed alchini
- sintesi di omo- e co-polimeri con catalizzatori a base di metalli di transizione e applicazione di tecniche di polimerizzazione per \"chain-shuttling\"
- caratterizzazione microstrutturale di omo- e co-polimeri
- studio dei meccanismi di polimerizzazione e idroamminazione di olefine non attivate
- funzionalizzazione organica di nanotubi al carbonio a singola, doppia e multipla parete, grafene e/o grafene ossido
- applicazione dei materiali macromolecolari funzionalizzati al campo della catalisi eterogenea (reazioni di riduzione dell'ossigeno ORR e di deidrosolforazione di gas naturali), al campo del sensing (sonde fluorescenti per la determinazione del pH e della concentrazione di analiti in campo biologico) e al campo del \"delivery\" di principi attivi verso target molecolari specifici.
- applicazione dei materiali macromolecolari funzionalizzati quali catalizzatori \"metal-free\" per processi catalitici eterogenei di interesse industriale (literal)
- Potenziale impiego per processi produttivi
- I catalizzatori per la polimerizzazione / idroamminazione di olefine rappresentano una risorsa enorme per la preparazione di materiali dalle più diversificate proprietà e dai più diversi impieghi in ambito industriale e civile. Il loro sviluppo permetterà di ottimizzare i processi di produzione rendendoli, per quanto possibile, più semplici ed economicamente più convenienti.
I nuovi materiali a base poliolefinica e compositi a struttura controllata (con ampia gamma di funzionalità) che il progetto si propone di sviluppare, potranno sostituire a breve-medio termine materiali plastici più costosi e meno compatibili con la salute e con l'ambiente, fornendo, al tempo stesso, migliori prestazioni. La post-funzionalizzazione (hetero-doping con N, B, P etc) di sistemi macromolecolari quali nanotubi di carbonio, grafene e grafene ossido potrà trovare impiego nell'ambito dei processi catalitici eterogenei di importanza industriale; molta attenzione sarà data al loro utilizzo quali catalizzatori nanostrutturati metal-free in processi catalitici di assoluto rilievo industriale e di tematica legata al campo delle tecnologie sostenibili e rinnovabili. (literal)
- Tecnologie
- Impiego di sistemi di modeling molecolare (DFT, VASP) e di dinamica molecolare avanzata (GCMC) per l'individuazione dei meccanismi di reazione nei processi di riduzione dell'ossigeno molecolare (ORR) mediati da catalizzatori eterogenei a base di nanostrutture carboniose eterodopate con elementi leggeri. Parte dell'attività computazionale è svolta in sede parte all'interno di collaborazioni scientifiche con altri gruppi. (literal)
- Obiettivi
- Gli obiettivi del modulo possono essere riassunti come di seguito: 1) Formulazione di nuovi catalizzatori e/o processi catalitici finalizzati alla sintesi di nuove architetture macromolecolari e di potenziale interesse biologico/farmacologico; 2) Funzionalizzazione organica (etero-doping a base di N, B, P) di nanotubi a singola, doppia e multipla parete e grafene (o grafene ossido) e/o altri sistemi carboniosi nanostrutturati per la produzione di: a) materiali compositi e nanocompositi a base poliolefinica dalle proprietà innovative; b) carriers macromolecolari per molecole biologicamente attive e per applicazione nel campo del sensing e del drug-delivery, c) catalizzatori metal-free in processi catalitici di interesse industriale, d) studi elettrochimici e modellistici per la determinazione dei meccanismi di reazione coinvolti in processi di catalisi eterogenea metal-free. e) caratterizzazione strutturale e studio della reattivà di materiali nanostrutturati di carbonio in condizioni di alta pressione. (literal)
- Stato dell'arte
- L'attività del modulo spazia dalla produzione e caratterizzazione di catalizzatori single-site per l'oligomerizzazione/polimerizzazione di olefine e dieni oltrechè alla produzione di sistemi innovativi per l'efficiente idroamminazione di olefine ed alchini sino alla funzionalizzazione esogena e caratterizzazione di strutture macromolecolari nanostrutturate complesse quali nanotubi di carbonio, grafene e grafene ossido. Il modulo si riferisce, nel complesso, allo sviluppo di processi catalitici e di sintesi innovativi ed altamente efficienti per l'ottenimento di materiali macromolecolari con proprietà uniche sia dal punto di vista chimico-fisico che dal punto di vista del loro utilizzo in catalisi eterogenea. L'attività rivolta alla funzionalizzazione organica dei sistemi macromolecolari nanostrutturati ha come fine ultimo quello di creare materiali innovativi con ampio spettro di applicazione: dal loro utilizzo in processi di catalisi eterogenea sino alla loro applicazione come carriers macromolecolari nanostrutturati per applicazioni nel campo del \"sensing\" e del \"drug-delivery\". (literal)
- Tecniche di indagine
- Le tecniche di indagine utilizzate riguardano l'impiego di strumentazioni disponibili presso la sede ICCOM di Firenze. Tra queste: reattori ad alta pressione (fino a 250 bar and 250°C), IR ed NMR (anche ad alta pressione HP-NMR), solid-state NMR, Spettrometro EPR, Strumento per Analisi Elementari, MBraun Labmaster glove-box per manipolazione di campioni sensibili all'ossigeno e all'umidità, Diffrattometro a raggi X per cristallo singolo e Diffrattometro a raggi X per polveri, Dinamic sampling Mass spectrometry CATLab, Thermo Gravimetric Analysis associate a un MS detector, Accelerated Surface Area and Porosimetry System (Micrometrics ASAP 2020), Atomic Force Microscope AFM, Scanning Electron Microscope (SEM & Cryo-SEM), Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM), Transmission Electron Microscope (TEM), Apparecchiature elettrochimiche (Princeton Parstat 2273; Fuel Cell Test System, Scribner 850 E). L'utilizzo di celle ad incudine di diamante per la realizzazione di alta pressione e l'impiego di tecniche di indagine spettroscopica FTIR, Raman e UV-VIS sono resi possibli da una collaborazione con il LENS (laboratorio Europeo di Spettroscopie Non-Lineari). (literal)
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