Descrizione del modulo "Progettazione molecolare di nanosistemi organizzati (PM.P05.007.003)"

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  • Descrizione del modulo "Progettazione molecolare di nanosistemi organizzati (PM.P05.007.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Oltre allo sviluppo di conoscenza, i risultati della ricerca trovano già impiego in rivestimenti anticorrosione di metalli ed hanno notevoli prospettive come materiali per ottica e sensoristica. Essi portano ad un potenziale impiego di nanopolveri e strati sottili a base di ossidi in fotonica, produzione sostenibile di energia, celle fotovoltaiche, (foto)catalisi (controllo della qualità dell'aria, depurazione delle acque, abbattimento di specie inquinanti in fase liquida ed in fase gas), riconoscimento molecolare, diagnostica, terapia e rilascio controllato di farmaci in nano medicina. (literal)
Tematiche di ricerca
  • 1. Sistemi molecolari e sistemi aggregati per ottica, fotonica e magnetismo Sintesi, proprietà chimiche e fisiche di composti contenenti ioni di metalli di transizione e dei loro stati aggregati (nanocluster, nanofili, strati sottili, multistrati). 2. Sistemi molecolari e nanosistemi per energetica e catalisi Sintesi chimica da fase liquida, fase vapore e da originali approcci combinati liquido-vapore di nanomateriali multifunzionali a base di ossidi e calcogenuri, drogati con ioni e nanocluster di metalli. Sintesi di nanocompositi in forma di polveri, nanofili, strati sottili e multistrati per applicazioni i) in fotocatalisi, celle a combustibile e catalisi per la produzione di idrogeno da fonti rinnovabili; ii) in celle solari eccitoniche (DSC) e in batterie al litio. 3. Sistemi molecolari e nanosistemi per nanomedicina Sintesi chimica di sistemi molecolari luminescenti (complessi antenna di terre rare) e di sistemi nanostrutturati (nanocluster, strati sottili) a base di metalli e di ossidi per riconoscimento molecolare, diagnostica e terapia. (literal)
Competenze
  • La Commessa si contraddistingue per le riconosciute e consolidate competenze a partire dalla progettazione sino alla modellistica sperimentale di sistemi molecolari e di nanosistemi, con particolare riferimento alla sintesi, manipolazione e caratterizzazione di materiali inorganici ed ibridi, che vanno da sistemi supramolecolari e aggregati, a strati sottili e superfici funzionalizzate. Nell'ambito degli approcci bottom-up, le strategie di sintesi utilizzate prevedono l'uso di tecniche da fase liquida (sol-gel, metodi colloidali ed idrotermali) e da fase vapore (ALD,CVD, PACVD, APCVD, RF sputtering) anche combinate in originali approcci ibridi. La Commessa costituisce inoltre un importante centro di riferimento grazie alle potenzialità strumentali ed al know-how ad esse collegato nello studio di struttura, morfologia, composizione, reattività e proprietà luminescenti di superfici e nanosistemi (XRD, GIXRD, AFM, FESEM, STM, UV-Vis-IR, PM-IRRAS, XPS, Fluorimetro Jobin-Yvon con triplo monocromatore e CCD). Grazie ad una maturata e precisa identità scientifica la Commessa si colloca in un settore d'avanguardia nel campo dei sistemi aggregati e nanosistemi da sintesi chimica molecolare. (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • processi di rivestimento per superfici strutturali (materiali per l'edilizia, per il trasporto); processi di sintesi di strati sottili funzionali (materiali per ottica, fotonica, sensoristica, ambiente, energia, salute); realizzazione di micro impianti di produzione (nano e microfluidica) nelle nano biotecnologie; realizzazione di componenti elettrodici per celle a combustibile innovative ad ossidi solidi; produzione di batterie al litio con migliorata efficienza; processi di conversione di energia radiata in energia elettrica da caldaie per uso domestico ed industriale. (literal)
Tecnologie
  • Tecnologie al plasma (in UHV e in condizioni atmosferiche), da fase vapore (ALD, CVD, RF sputtering, vapor-solid) e da fase liquida (sol-gel, metodi colloidali, metodi idrotermali, impregnazione) per la sintesi di strati inorganici e ibridi e di nanosistemi (cluster, nanotubi) e per il trattamento di superfici. Graffaggio di molecole ed assemblaggio di atomi su superfici (anche mediante STM). (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo generale consiste nella progettazione e sintesi di sistemi molecolari e nanosistemi multifunzionali con approcci bottom-up da fase liquida e chimica da fase vapore, utilizzati singolarmente o combinati in strategie sintetiche di tipo ibrido. La modulazione dei processi di nano-organizzazione dei sistemi di interesse avviene in funzione delle molecole-precursore oltre che dai parametri del processo di sintesi. Gli obiettivi specifici riguardano: - sviluppo di dispositivi fotonici innovativi, di sensori di gas a stato solido e (bio)sensori più selettivi, di foto-catalizzatori efficienti, di celle a combustibile, di batterie e di sistemi per immagazzinare e produrre energia, di sistemi molecolari e nanosistemi innovativi multifunzionali per riconoscimento molecolare, biodiagnostica e terapia. - sviluppo di competenze di sintesi inorganica, metallorganica e di caratterizzazione avanzata. (literal)
Stato dell'arte
  • Negli ultimi anni la Commessa ha operato nel settore delle scienze molecolari e dei nanosistemi mettendo a punto la progettazione a priori delle proprietà di sistemi molecolari, sistemi aggregati e di nanosistemi in funzione delle applicazioni a cui sono destinati. Attualmente, infatti, avanzate metodologie sintetiche bottom-up consentono, attraverso aggregazione controllata di opportuni costituenti molecolari, la realizzazione di nanosistemi con prevedibili e specifiche funzioni e proprietà, utilmente sfruttabili in settori di avanguardia quali quello delle energie sostenibili, della catalisi ambientale e della nanomedicina. (literal)
Tecniche di indagine
  • Composizione chimica di film sottili, superfici e nanosistemi (XPS, XE-AES, NMR, UV-Vis-IR, MALDI). Struttura elettronica di film sottili, superfici e nanosistemi (UV-Vis, fluorescenza). Struttura cristallina di film sottili, superfici e nanosistemi (GIXRD, XRR) Morfologia, porosità e topografia di film sottili, superfici e nanosistemi (BET, AFM, FESEM, STM). Nanoorganizzazione di molecole e sistemi supramolecolari su superfici (STM, AFM). Adsorbimento di molecole su nanostrutture e loro stabilità (DRIFT, TPD, TPR) in funzione della temperatura. Attività catalitica di nanopolveri in reazioni di ossidazione, ossidazione parziale e steam- reforming (FTIR, QMS). I ricercatori della Commessa, attraverso progetti di ricerca e programmi di mobilità internazionale, hanno inoltre accesso all'uso di sofisticate tecniche presso laboratori di luce di sincrotrone (Germania, Canada, Stati Uniti). In particolare vengono effettuate indagini per correlare le proprietà ottiche di sistemi molecolari e nanosistemi con la loro composizione e struttura (XAFS, XEOL, TR-XEOL). (literal)
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