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 di apprendimento

L’insegnamento si propone di fornire allo studente gli strumenti teorici e sperimentali per la preparazione, lo studio, lo sviluppo e l’applicazione di nanomateriali in ambiti Biotecnologico e di Chimica Verde, sia per applicazioni industriali, agro-alimentari e biomediche. Saranno considerati nanomateriali a base inorganica opportunamente attivati e funzionalizzati con proprietà specifiche, quali diagnostiche e sensoriali, di conversione e immagazzinamento di energia, di trasporto di materiali o sostanze, di attività catalitica per processi produttivi e di trasformazione delle risorse, in una ottica di sviluppo sostenibile. Il corso prevede anche alcune esperienze di laboratorio per fornire manualità pratica e competenze complementari per affinare ulteriormente le capacità critiche e analitiche per una ottimale progettazione, preparazione, caratterizzazione chimico-fisica e applicazione di nanomateriali inorganici funzionalizzati in ambiti Biotecnologico e di Chimica Verde.

Prerequisiti e nozioni di base

Nozioni di Matematica, Fisica, Chimica Generale e Chimica Organica.

Programma

TEORIA
Nanomateriali: definizione e peculiarità. Tipologie di nanomateriali (organici, inorganici, ibridi organico-inorganici). Nanomateriali 1D e 2D. Nanostrutture gerarchiche.
Importanza della superficie in nanomateriali. Fenomeni influenzati dalla superficie. Aspetti termodinamici di fasi nanometriche.
Cenni alla teoria delle bande. Nanomateriali semiconduttori 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.
Nanostrutture multifunzionali 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, micelle inverse e liquidi ionici). Sintesi assistite da microonde. Strategie per ottenere diverse porosità, dimensioni e morfologie (nanorods, core@shell) di nanoparticelle. Funzionalizzazione superficiale di nanoparticelle inorganiche.
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.

ESPERIENZE DI LABORATORIO
1) Sintesi di nanoparticelle metalliche (Au, Ag) in soluzione e loro caratterizzazione spettroscopica nel campo ottico (UV e visibile). Indagine delle proprietà colloidali.
2) Preparazione di nanoparticelle di TiO2 e Fe3O4 in soluzione con una reazione assistita da microonde. Studio delle proprietà colloidali. Analisi strutturale mediante diffrazione dei raggi X.
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, colloidale) delle nanoparticelle. Studio delle loro proprietà di emissione nel visibile a seguito di eccitazione laser nel vicino infrarosso.

Bibliografia

Modalità didattiche

L’insegnamento verrà svolto come lezioni frontali ed esperienze di laboratorio.
Le modalità di insegnamento prevederanno anche l'applicazione dei concetti sviluppati con le lezioni frontali per l'illustrazione di risoluzione di problemi reali.
La frequenza dell'insegnamento è fortemente consigliata.

Modalità di verifica dell'apprendimento

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.

Criteri di valutazione

I criteri di valutazione saranno basati sulla capacità di organizzare discorsivamente la conoscenza, di ragionamento critico sullo studio realizzato, qualità dell’esposizione, competenza nell’impiego del lessico specialistico, efficacia e linearità di esposizione.

Criteri di composizione del voto finale

Il voto finale risulterà dalla valutazione dell'apprendimento della parte teorica e dall'apprendimento delle esperienze di laboratorio.

Lingua dell'esame

Italiana