Materiali e metodi innovativi per la catalisi ed elettrocatalisi di processi di sintesi e di protezione ambientale
Progetto La catalisi eterogenea, in tutte le sue espressioni (gas-solido, liquido-solido, elettrocatalisi, fotocatalisi..) richiede materiali sempre più innovativi per sviluppare processi a basso impatto ambientale (solventi benigni, in particolare acqua; materiali catalitici atossici e riciclabili...) e ad elevato risparmio energetico (basse temperature o tensioni di cella operative, selettività tali da evitare processi secondari di separazione e purificazione...). Per questo occorre ottimizzare la natura del materiale catalitico, la sua morfologia (in funzione della metodologia di preparazione) e i suoi protocolli di gestione (in dipendenza dal solvente e dalle condizioni operative).
Il nostro gruppo intende applicare la sua combinazione di competenze di catalisi industriale, di elettrocatalisi, di energetica e di metallografia allo sviluppo di materiali catalitici innovativi a base metallica per tre applicazioni di interesse energetico ambientale:
a) Materiali metallici catalitici per reazioni altamente esotermiche quali la combustione di idrocarburi. Si sperimenteranno lane metalliche di diversa natura (acciaio, rame, ottone, ecc.) per la preparazione di catalizzatori compositi ad anima metallica ricoperta da ossidi ceramici ad alta area superficiale e/o da metalli catalitici quali Pt, Pd, Rh, Ru e Ag. L’elevata conducibilità termica delle lane faciliterà lo smaltimento del calore di reazione riducendo gli stress per il catalizzatore che potrà lavorare più a lungo a temperatura inferiore e con selettività più controllata. Le lane metalliche costituiscono una valida alternativa ai più costosi materiali metallici strutturati.
b) Ossidi metallici e altri materiali metallici elettrocatalitici per l'evoluzione di ossigeno e idrogeno
Sperimenteremo metodi innovativi di sintesi di ossidi di metalli di transizione quali Ru, Rh, Co, Ir in forma nanoparticellare, ad altissima area specifica ed elevata attività elettrocatalitica, sfruttando ultrasuoni e microonde, in particolare in assenza di acqua, condizioni che consentono di ottenere nanoparticelle con forme, dimensioni, e aggregazioni impensabili fino a pochi anni fa. I materiali prodotti verranno sperimentati per la produzione di H2 o O2 e per la combustione senza fiamma di idrocarburi.
c) Materiali metallici catalitici per la scissione elettrocatalitica del legame carbonio-alogeno. La straordinaria attività elettrocatalitica di Ag per la riduzione del legame CX permette elettrosintesi selettive e mirate, l’efficiente dealogenazione di alogenuri inquinanti, e la rilevazione di un'ampia gamma di alogenuri in tracce. Focalizzeremo ora lo studio sul mezzo acquoso, richiesto dalle applicazioni ambientali, considerando oltre ad Ag anche Pd, Au e Cu, e confrontando diverse morfologie (bulk, strato sottile elettrodeposto eventualmente supportato su lane metalliche come in a), nanoparticelle). Prove preliminari indicano che in acqua l’attività elettrocatalitica dovrebbe risultare esaltata.