Codice insegnamento

4S008287

Crediti

6

Coordinatore

Adolfo Speghini

Lingua di erogazione

Italiano

Settore Scientifico Disciplinare (SSD)

CHIM/03 - CHIMICA GENERALE E INORGANICA

Moodle Seminari 0

L'insegnamento è organizzato come segue:

Obiettivi formativi

Il Corso si propone di fornire allo studente gli strumenti teorici e sperimentali per lo studio, lo sviluppo e l’applicazione di nanomateriali in ambito Biotecnologico e di Chimica verde, sia per applicazioni industriali che agro-alimentari. Saranno considerati nanomateriali inorganici (per esempio metallici, ossidi, fluoruri) opportunamente attivati e funzionalizzati per specifiche proprietà, quali diagnostica, conversione e immagazzinamento di energia, trasporto di materiali e attività catalitica per processi produttivi e di trasformazione delle risorse in una logica di sostenibilità globale. Il corso prevede anche alcune esperienze di laboratorio per fornire manualità e capacità critica e analitica di progettazione, preparazione, caratterizzazione chimico-fisica e applicazione di nanomateriali inorganici funzionalizzati in ambito Biotecnologico e di Chimica Verde.

Programma

PARTE TEORICA

Nanomateriali: definizione e peculiarità. Tipologie di nanomateriali (organici, inorganici, ibridi organico-inorganici).
Importanza della superficie in nanomateriali. Fenomeni influenzati dalla superficie. Aspetti termodinamici di fasi nanometriche. Nanostrutture gerarchiche.
Nanomateriali 1D e 2D. Fullereni, nanotubi di carbonio, grafene. Cenni alla teoria delle bande. Semiconduttori nanometrici e Quantum Dots: proprietà elettroniche e spettroscopiche.
Nanomateriali a base di fluoruri attivati con ioni lantanidi luminescenti. Carbon Dots luminescenti.
Nanoparticelle di metalli nobili e loro proprietà plasmoniche. Nanomateriali a base di ossidi per fotocatalisi.
Nanoparticelle magnetiche. Nanocompositi organico-inorganici.
Nanosistemi attivabili da stimoli esterni per diagnostica, drug-delivery e per trattamenti curativi in nanomedicina.
Sintesi di nanoparticelle in soluzione con metodiche “green chemistry” (coprecipitazione, sol-gel, solvotermale). Sintesi assistite da microonde. Strategie per ottenere diverse porosità, dimensioni e morfologie (nanorods, core@shell) di nanoparticelle utilizzando metodiche di chimica verde. Funzionalizzazione superficiale di nanoparticelle inorganiche con shell di silice.
Analisi chimico-fisica di nanostrutture (strutturale, morfologica, colloidale). Indagine spettroscopica nel campo ottico (UV, visibile e infrarosso) su nanoparticelle luminescenti. Indagine delle proprietà vibrazionali di nanoparticelle con spettroscopia infrarossa e Raman.


ESPERIENZE DI LABORATORIO

1) Sintesi di nanoparticelle metalliche (Au, Ag) in soluzione acquosa e loro caratterizzazione spettroscopica nel campo ottico (UV, visibile ed infrarosso). Studio delle proprietà colloidali delle nanoparticelle metalliche preparate e analisi della loro morfologia con la microscopia elettronica a trasmissione (TEM).

2) Preparazione di nanoparticelle di TiO2 e Fe3O4 in soluzione con una reazione assistita da microonde. Studio delle loro proprietà colloidali. Analisi strutturale mediante diffrazione dei raggi X. Analisi morfologica con l'utilizzo di tecnica di microscopia elettronica a trasmissione (TEM). Indagine delle loro proprietà vibrazionali con spettroscopia Raman.

3) Preparazione di nanoparticelle di CaF2 e SrF2 funzionalizzate con ioni lantanidi luminescenti in ambiente acquoso e loro ricoprimento con una shell di silice mediante tecnica sol-gel. Caratterizzazione chimico-fisica (strutturale, morfologica, colloidale) delle nanoparticelle. Studio delle loro proprietà di emissione nel range del visibile a seguito di eccitazione laser nel vicino infrarosso.

Bibliografia

Modalità d'esame

La prova d'esame sarà orale, comprendente l'esposizione di un lavoro bibliografico su un argomento dell'Insegnamento e domande sui vari argomenti dell'Insegnamento, sulla parte teorica, sugli esempi considerati e sulle esperienze di laboratorio. Particolare attenzione sarà inoltre rivolta alla padronanza dei concetti, delle metodiche, degli strumenti e delle tecniche usate nelle esperienze di laboratorio.
Per entrambi gli studenti frequentanti e non frequentanti l'esame verterà su tutti gli argomenti della parte teorica, sugli esempi considerati e la parte sulle esperienze di laboratorio.
Per la parte di laboratorio è richiesto un elaborato scritto riguardante le metodiche e i risultati ottenuti durante le esperienze, che dovrà essere caricato sulla piattaforma Moodle alla fine dell'esperienza di laboratorio.