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Progettazione e sintesi di catalizzatori metallo-N-C per la riduzione elettrochimica di O2 e CO2
Parole chiave CATALYSTS, CO2 REDUCTION, ELECTROCATALYSIS, FUEL CELL, METAL-N-C, SINGLE ATOM CATALYSTS
Riferimenti JUQIN ZENG
Gruppi di ricerca Prof. Fabrizio Pirri
Tipo tesi CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
Descrizione Dal punto di vista della scienza dei materiali, sono stati compiuti molti sforzi per imitare il singolo sito metallico eterogeneo di un catalizzatore molecolare immobilizzato su un supporto, evitando noiose vie di accoppiamento e garantendo un efficiente trasferimento elettronico. Ciò è possibile sintetizzando catalizzatori metallici eterogenei che presentano atomi di metallo dispersi atomicamente direttamente nel supporto.
Tali materiali sono definiti catalizzatori a singolo atomo (SAC) e sono considerati un ponte tra i catalizzatori omogenei ed eterogenei. Da un lato, l'uso dei SAC permette di massimizzare l'efficienza atomica (100%) dei catalizzatori metallici, che spesso mostrano un'efficienza inaspettata. Dall'altro, permette di controllare la natura dei siti attivi, il che contribuisce a migliorare la selettività dei prodotti, dal momento che esiste un solo tipo di sito attivo.
Lo stato dell'arte dei catalizzatori CO2RR e ORR basati sui SAC consiste principalmente in atomi di metalli di transizione dispersi in un substrato e stabilizzati attraverso eteroatomi. L'eteroatomo più comunemente utilizzato è l'azoto, mentre i metalli di transizione (Fe, Co, Ni, Cu e Zn) sono attraenti per la loro configurazione elettronica (orbitali vacanti ed elettroni d) che può facilitare il legame M-CO2 e M-O2 e il desorbimento dei prodotti di riduzione, la loro elevata disponibilità e il basso costo. Tuttavia, nonostante i rapidi progressi in questo campo, lo sviluppo di catalizzatori efficienti per CO2RR e ORR basati sui SAC rimane ancora una grande sfida.
Questo progetto si concentrerà sulla progettazione e la sintesi di catalizzatori porosi di metallo (Me)-N-C, tra cui: 1) sintesi di Me-N-C; 2) caratterizzazione della porosità, della morfologia e della composizione chimica dei materiali attraverso BET, XRD, EDX, FESEM, XPS e così via; 3) test dei catalizzatori Me-N-C per ORR e CO2RR.
Scadenza validita proposta 06/05/2025
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