Materiali e dispositivi per applicazioni nelle energie rinnovabili


diamante_trucchiLa ricerca di nuove fonti rinnovabili di energia è una delle sfide globali più attuali per uno sviluppo sostenibile sia delle nazioni industrializzate che in quelle emergenti. In questo contesto, l’attività dell’ISM si sviluppa sotto varie forme.

Nel settore del fotovoltaico organico (OPV) l’attività di ricerca è focalizzata allo studio e utilizzo di macrocicli basati su porfirine e ftalocianine, materiali polimerici con fullerene e nanostrutture plasmoniche e nanocompositi di metallo-oligotiofene, tutti composti con forte reattività redox e interessanti proprietà di trasferimento degli elettroni fotoindotti e di semiconduttore. A fianco di questi materiali vengono anche studiate nuove classi di composti come Perovskiti e composti ibridi organici-inorganici con la formula generale ABX3 dove A è un catione organico, B uno ione metallico e X un alogeno bivalente. L’attività di ricerca si sviluppa tramite la sintesi dei materiali, la caratterizzazione delle loro proprietà elettroniche, morfologiche e strutturali ed il loro impiego sia in celle solari a colorante che ad eterogiunzione organica. L’utilizzo di tecniche a raggi X non convenzionali in dispersione di energia, atte a svolgere misure risolte in tempo ed in-situ, permette poi di seguire i processi chimici e fisici ed investigare i meccanismi d’invecchiamento legati alle proprietà di bulk, superficie ed interfaccia sia dei materiali che dei dispositivi. Studi teorici su sistemi ibridi organici-inorganici e sistemi molecolari guidano la scelta dei composti indirizzando la sintesi verso prodotti con un’opportuna disposizione degli orbitali molecolari più esterni. Al di là di incrementare la conoscenza delle proprietà di base di questi materiali, l’obiettivo è produrre informazioni adatte per ideare nuove strategie nella produzione di celle fotovoltaiche.
Nel settore “energia” l’ISM è anche coinvolto nell’utilizzo di materiali innovativi a base di carbonio per la costruzione di dispositivi ad effetto termoionico da sfruttare nei concentratori solari, nella produzione e caratterizzazione di superstrutture di semiconduttori a larga gap (carburi, nitruri) con metodi PVD per la costruzione di dispositivi fotovoltaici e rivelatori avanzati ad alta sensibilità e per lo sviluppo di convertitori per il recupero dell’energia da sorgenti radioattive (rifiuti speciali) per la produzione di nanobatterie a lunga vita media.
La ricerca nel campo delle energie rinnovabili trova il suo complemento in attività di ricerca per la salvaguardia ambientale che richiedono competenze fisiche e chimiche. Un obiettivo di queste attività è lo sviluppo di materiali e sistemi per la catalisi eterogenea per la produzione di biomasse e l’eliminazione dei composti organici volatili. In particolare, lo sviluppo di nuovi catalizzatori per la produzione di combustibili da biomasse e rifiuti attraverso la gassificazione mediante catalisi e la catalisi mista eterogenea/enzimatica; l’eliminazione del tar nella pirolisi delle biomasse; il recupero di energia e/o monomeri dalla plastica; l’assorbimento di CO2 mediante ZIF.