Sintesi sostenibile di materiali avanzati organici e ibridi

Il laboratorio è dedicato alla sintesi di nuovi materiali funzionali per applicazioni elettroniche e optoelettroniche. Il focus principale della nostra ricerca è la preparazione di materiali  molecolari attraverso metodologie sintetiche ambientalmente sostenibili secondo i principi della green chemistry, utilizzando solventi/processi eco-compatibili e cercando di minimizzare l'E-factor, ossia il rapporto tra massa di scarto e massa di prodotto ottenuto. Struttura, grado di purezza e altre proprietà di tutti i prodotti sintetizzati in laboratorio vengono confermati tramite spettri di risonanza magnetica nucleare (NMR), spettroscopie ottiche (IR, UV), fluorimetria a stato stazionario e risolta in tempo, analisi elementare e spettri di massa, e le loro proprietà redox vengono investigate tramite ciclovoltammetria in soluzione e/o su film.Sintesi organica e metallorganica
I nostri obbiettivi sintetici, per la gran parte coloranti o pigmenti, comprendono diverse famiglie di materiali organici, metallorganici e ibridi organici-inorganici:

Ftalocianine, porfirine e altri analoghi metallomacrociclici le cui singolari proprietà fisiche (conduttive, ottiche e magnetiche) sono accompagnate da grande versatilità sintetica, dimensioni nanoscopiche, processabilità, biocompatibilità, ecc. Le ftalocianine sono composti termicamente e chimicamente stabili che presentano un assorbimento molto intenso nella regione rossa / vicino all'infrarosso dello spettro solare e una svariata attività redox. Ne risulta una estrema adattabilità a livello applicativo come pigmenti, in farmacologia nella terapia fotodinamica, nella catalisi, nella sensoristica e negli ultimi venti anni nell'elettronica molecolare e nel fotovoltaico di ultima generazione. L'opportuna funzionalizzazione della periferia del macrociclo consente di modificarne le proprietà ottiche o magnetiche sulla base di quelle possedute dalle specie chimiche utilizzate, ottimizzandole rispetto al device nel quale ne è prevista l'implementazione. I derivati sintetizzati nel nostro laboratorio sono principalmente pensati per essere impiegati come trasportatori di carica e passivanti di superficie in celle solari a perovskite, e come semiconduttori p in transistor organici a film sottile (OTFTs).
Particolarmente interessante è il lavoro di investigazione del comportamento di mono- e multi-strati di ftalocianine depositati su metalli o semiconduttori per la comprensione dei fenomeni di interfaccia, di fondamentale importanza per l'applicazione in dispositivi.

Struttura chimica di una metalloftalocianina e polvere di cobalto(II) ftalocianina

Derivati aromatici ed eteroaromatici con particolari caratteristiche ottiche, di luminescenza e di trasporto di carica per applicazioni in OLEDs, transistor organici (OFETS, OTFTs) e concentratori solari luminescenti (LSCs). In particolare derivati policiclici aromatici e benzotienobenzotiofenici variamente funzionalizzati, il cui design molecolare è di volta in volta pensato per la specifica applicazione. (e.g. induzione di fenomeni di separazione di carica nello stato eccitato per produrre risposte ottiche in luminescenza, massimizzazione dello stacking intermolecolare per massimizzare le proprietà di trasporto di carica...).

Fluorocromismo di un derivato benzotienobenzotiofenico sostituito in (da sinistra a destra) esano, diclorometano ed etanolo)

Perovskiti ibride organiche-inorganiche del tipo MAPI e FAPI, vere star della nuova ricerca sul fotovoltaico di ultima generazione L'interesse nella comprensione delle loro proprietà di base ci ha portati a mettere a punto una linea di sintesi dedicata alla produzione di materiali perovskitici bulk e cristallini.

Pasticche di CH₃NH₃PbI₃ (MAPI)