ONSET - On-Surface Chemistry Laboratory

On-Surface Synthesis

L'On-surface synthesis (OSS) è un approccio innovativo per la creazione di nanostrutture a base di carbonio che non possono essere ottenute tramite chimica in soluzione. Consiste in una strategia bottom-up, basata sull'uso di precursori molecolari accuratamente progettati come elementi costitutivi del prodotto finale. Questi precursori, sono dotati di gruppi funzionali che, quando attivati, diventano siti attivi per l'accoppiamento covalente intermolecolare e permettono la creazione di nanostrutture mono o bidimensionali (1D, 2D). Queste reazioni possono essere innescate per mezzo di vari stimoli, come il calore, la luce e altri. La struttura e le proprietà dei precursori determinano quelle delle nanostrutture finali, offrendo un grande controllo su di esse. In genere, come substrati vengono utilizzate superfici metalliche pulite e atomicamente piatte di cristalli singoli in condizioni di ultra alto vuoto (UHV), ma l'OSS si estende anche a diversi ambienti (ambiente, interfacce solido-liquido) e substrati (film sottili, strati isolanti/semiconduttori, isolanti bulk). Le fasi e i prodotti della reazione sono generalmente monitorati e caratterizzati mediante microscopie a scansione di sonda, come la microscopia a scansione a effetto tunnel (STM), la microscopia a forza atomica senza contatto (nc-AFM) e mediante spettroscopie fotoelettroniche, come la spettroscopia fotoelettronica a raggi X/UV (XPS/UPS). Approcci più avanzati, come l'XPS a temperatura programmata (TP-XPS), consentono il tracciamento dei segnali rilevanti durante la reazione e la comprensione di dettagli meccanicistici fondamentali.

Single atom platforms per catalisi

Attualmente stiamo esplorando nuove strategie per la creazione di piattaforme a singolo atomo (SAP), combinando i due campi dei catalizzatori a singolo atomo (SAC) e della sintesi in superficie (OSS). I SAC sono materiali in cui una piccola quantità di metalli cataliticamente attivi (ad es. Pt, Pd, Co, ...) viene dispersa sulla superficie di un metallo ospite più inerte (ad es. Cu, Ag, Au, ...) o ossido (ad es. CuOx, ... ). Questi materiali hanno rivelato attività catalitiche promettenti con il vantaggio di sfruttare concentrazioni molto basse di metalli preziosi. Tuttavia, presentano alcune limitazioni, come scarsa tunabilità, clustering, distanza non uniforme tra i siti attivi e diffusione dei singoli atomi a temperatura elevata. Il nostro obiettivo è sviluppare nanomateriali ibridi in cui i singoli atomi di metallo sono stabilizzati in siti di coordinazione appositamente progettati e contenuti in polimeri a base di carbonio cresciuti tramite OSS. Questo approccio consente l'ottenimento di centri cataliticamente attivi che sono equamente distribuiti sulla superficie e stabili in un ampio intervallo di temperatura, grazie alla precisione atomica e alla robustezza della matrice organica. Ancora più importante, la facilità di modifica della parte organica offre prospettive di tunabilità senza precedenti per la regolazione fine della funzionalità del sito attivo.