Il corso intende fornire i fondamenti della fotocatalisi, della foto/elettrocatalisi e dell'elettrocatalisi, descrivendo le singole fasi delle reazioni che guidano questi processi catalitici. Verranno illustrate, anche attraverso esperienze di laboratorio, le principali applicazioni tecnologiche nel campo dell'energia, dell'ambiente e della chimica industriale. Particolare attenzione sarà data ai processi in grado di sfruttare fonti rinnovabili (es. energia solare, acqua) e rifiuti (es. acque reflue, CO2 e fumi contenenti azoto) in prodotti chimici e combustibili, con l'obiettivo di ridurre le emissioni di gas serra e sviluppare tecnologie sostenibili, in accordo con gli obiettivi di sviluppo sostenibile 7, 9 e 13. Saranno affrontati esempi pratici di tecnologie fotocatalitiche e sfide per l'applicazione pratica di nuovi processi foto-elettro-catalitici, compreso lo sviluppo di catalizzatori e progettazione di reattori, nonché come la messa a punto delle condizioni operative, che giocano un ruolo importante nella definizione dell'efficienza del processo. Inoltre, gli importanti processi upstream e downstream saranno considerati anche da un punto di vista tecnico-economico. In conclusione, l'obiettivo del corso è trasmettere la conoscenza dei fenomeni e delle sfide a livello chimico e ingegneristico che si verificano nelle tecnologie foto-elettro-catalitiche.

Questo corso sarà progettato per studenti di dottorato con basi e background diversi. Pertanto, studenti provenienti da diversi corsi di dottorato come Ingegneria Chimica, Chimica, Fisica, Fisico-Chimica, Scienze dei Materiali, Dispositivi elettronici, Ingegneria Energetica e Ingegneria Ambientale, possono sfruttare e sviluppare nuove abilità o idee dalle conoscenze che verranno fornite in questo corso.

Il corso sarà strutturato in lezioni teoriche e pratiche e tratterà 3 argomenti principali: processi fotocatalitici, foto/elettrocatalitici ed elettrocatalitici per l'energia, l'ambiente ed i processi industriali. Il programma delle lezioni sarà costituito dai seguenti argomenti: - Fondamenti di processi sostenibili fotocatalitici e foto/elettrocatalitici. Questa sezione tratterà l'assorbimento dei fotoni, il trasferimento e la ricombinazione di carica, il trasferimento di elettroni, i fenomeni di adsorbimento, i meccanismi di reazione, l'avvelenamento e gli effetti promotori. - Foto/elettrocatalisi per reazioni chimiche alimentate da luce solare. Esempio specifico di scissione dell'acqua per l'evoluzione di O2 accoppiata alla produzione di H2 o alla conversione elettrochimica di CO2 in combustibili o prodotti chimici. - Elettrocatalisi per processi di elettrosintesi sostenibili. Esempi specifici di processi di conversione di CO2 e N2 per la produzione di prodotti chimici e combustibili (es. syngas, alcoli, ossigenati, NH3, ecc.), nonché per il trattamento delle acque reflue per la rimozione di sostanze organiche refrattarie specifiche (ad esempio fenolo) e specie a base di azoto (ad esempio specie NO3): dallo sviluppo dei catalizzatori ai sistemi reattoristici. - Tecnologie tandem fotovoltaico (PV) – elettrocatalitico (EC). - Sfide per lo scale-up e l'applicazione pratica delle tecnologie foto-elettro-catalitiche: dalla deposizione del catalizzatore nel foto/elettrodo alla progettazione completa dell'impianto, compresi i processi a monte e a valle. - Applicazione di tecniche di caratterizzazione elettrochimica: metodi classici (es. LSV, CV, CA) e avanzati (es. spettroscopia di impedenza elettrochimica, EIS). La teoria sarà applicata 2 esperienze pratiche di laboratorio relative a processi foto/elettrocatalitici guidati dalla luce solare (es. water splitting e per la produzione di H2) e l'applicazione di tecniche di caratterizzazione elettrochimica, incluso EIS.

In presenza

Presentazione orale - Presentazione report scritto - Sviluppo di project work in team

P.D.1-1 - Febbraio